锂离子电池（LIBs）因其能量密度高、充放电效率高和使用寿命长等优势,从众多种类储能器件中脱颖而出,已经在智能电网和电动汽车等领域实现大规模应用。目前商业化的LIBs电极主要是无机材料如磷酸盐（Li Fe PO4）、过渡金属锂氧化物（Li Co O2）和石墨等,这是因为基于锂离子插层机理的无机电极材料都具有较高的比容量和循环稳定性。但无机材料因充放电过程中的结构变化而引起的大量放热导致锂离子电池的安全性能较差,此外大部分无机电极材料的来源有限,已经越来越难以满足锂离子电池大规模普及的需求,同时无机材料还存在能量密度有限和反应动力学慢等缺点。因此,开发低成本、高性能、环保先进和安全稳定的电极材料,对新型储能器件的进一步发展至关重要。有机分子因其结构可设计性、可加工性、种类多样性、来源丰富和环境友好等优势,成为最有望取代传统无机电极材料的候选者。在各种有机电极中,聚酰亚胺热稳定性好并且分子结构可设计,而醌类聚合物具有较高的理论容量和良好的反应可逆性,因此兼具两种活性基团的聚（蒽醌-酰亚胺）是一种非常有前景的有机电极材料。然而,有机电极材料在锂离子电池中的实际应用中面临着许多挑战,如在有机电解液中的高溶解性、较差的电子导电性、作为正极材料的放电电位低和活性基团利用率低等。基于此,本文从分子链结构设计、导电碳复合和全电池设计构建等三个方面开展了以下工作:（1）采用传统回流热胺法,合成了三种多羰基聚（蒽醌-酰亚胺）（PI）:高苯型非桥环聚（蒽醌-酰亚胺）（PMAQ）、联苯型桥环聚（蒽醌-酰亚胺）（BPAQ）和羰基作为桥环的聚（蒽醌-酰亚胺）（BTAQ）。形貌分析表明PMAQ呈不规则纳米块堆叠的多孔结构,BPAQ堆积非常紧密,不利于电化学活性位点的暴露,而BTAQ呈规则纳米片组成的球形分层结构。氮气吸/脱附测试表明三种聚合物同时存在微孔、介孔和大孔,这种分级多孔结构有利于增强离子传输和电荷存储。电化学性能测试结果表明,PMAQ无论是在作为正极材料还是负极材料,都具有最优异的倍率性能和稳定的循环性能,这主要得益于非桥环结构的PMAQ的羰基氧化还原活性高,以及多孔结构有利于活性位点的充分暴露、电解液的浸润和快速的锂离子传输。（2）针对聚酰亚胺电极电子导电性差和活性基团利用率低的问题,在前一章研究基础上,采用传统回流热胺法原位合成了不同形貌的碳纳米管/聚（蒽醌-酰亚胺）复合材料（PMAQ@CNT）。探索了反应时间和有机溶剂对产物结构和形貌的影响,结果表明碳纳米管不但能增加导电性,还可以作为成核剂为PMAQ在碳管表面生长提供成核位点。随着反应时间的增加,PMAQ在碳纳米管表面的生长由基于均相成核的表面包覆向异相成核形成的纳米片阵列结构转变。电化学性能测试表明,相比于纯PMAQ和非阵列结构的PMAQ@CNT,具有纳米片阵列结构的PMAQ@CNT有最高的首次放电比容量（238 m Ah g-1）、最佳的倍率性能（电流密度从0.1 A g-1增加至5.0 A g-1,保持率高达80%）和循环稳定性（即1 A g-1的大电流密度下,充放循环1000圈后,放电容量仍保持有171 m Ah g-1）。其优异的电化学性能得益于碳纳米管能够显著提高聚酰亚胺的电子导电性,以及聚（蒽醌-酰亚胺）纳米片阵列结构使得大量活性位点暴露,有利于电解液的充分浸润和锂离子的快速传输。（3）基于PMAQ@CNT的分子结构特点,即C=O和C=C两种活性基团在不同电压范围内的储锂特性,设计构建了一种高功率密度的新型对称聚合物基全电池（PMAQ@CNT//PMAQ@CNT）。通过正负极的容量与质量匹配,成功组装了对称聚合物基全电池,该全电池在0.02 A g-1的电流密度下,放电比容量高达235 m Ah g-1,随着电流密度增加至0.1 A g-1,全电池依然能够保持109 m Ah g-1的高可逆比容量。并且在0.1 A g-1电流密度下循环50圈后,其可逆放电比容量能够保持在101 m Ah g-1。这种对称聚合物基全电池具有优异的功率密度（3818 W kg-1）和良好的应用性能（为LED灯泡供电）,为有机电极材料的发展和下一代可穿戴柔性储能器件奠定了研究基础。