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便携式穿戴电子技术的发展对移动电源的快速充放电能力和柔韧性提出了更高的要求。开发高导电自支撑结构电极材料是能源材料与器件领域的前沿课题之一。电纺丝纳米纤维电极具有连续的电子传输通道和丰富的离子传输路径,有助于提高电极的电子电导和离子电导,改善电极的快速充放电性能,同时纳米纤维的柔韧性可以满足柔性电极的要求。本文基于静电纺丝与热处理技术分别制备了复合纳米纤维膜正极材料（Li Fe PO4/C,Li3V2（PO4）3/C）和复合纳米纤维膜负极材料(Fe Ti O3/Ti O2/C,Li4Ti5O12/C),采用多种先进表征手段对材料的组成、微观结构和电化学性能进行了表征和分析,并设计组装了全纤维基凝胶态全电池以及探索复合纳米纤维膜在锂硫电池中的应用。其主要研究内容和取得的结果如下:（1）以聚丙烯腈（PAN）为聚合物、硝酸铁及乙酸锂等为主要原料,采用静电纺丝和热处理技术制备的Li Fe PO4/C复合纳米纤维基本上具有皮芯电缆结构,即纤维的表层主要为非晶碳层,芯主要由纳米Li Fe PO4组成。这种皮芯电缆结构纳米纤维虽然有良好的柔韧性和自支撑性,但由于碳层对Li Fe PO4的包覆,阻碍Li Fe PO4与电解液的接触,因而电化学性能不理想。研究结果表明,Li Fe PO4/C复合纳米纤维膜电极与金属锂负极组成的电池在5 C下的首次放电比容量只有85 m Ah/g左右。（2）创新性地基于聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和PAN聚合物在复合纳米纤维膜前驱体热处理过程中不同的迁移和热分解特性,以PAN和PVP为聚合物、硝酸铁及乙酸锂等为主要原料,通过优化静电纺丝和热处理过程成功制备了具有良好电化学性能的改性Li Fe PO4/C复合纳米纤维膜正极材料,其与金属锂负极组成的电池在0.5 C到10 C下均可正常充放电,1 C下循环700周后放电比容量保持125 m Ah/g,10 C下可稳定循环1000周。研究发现:在改性Li Fe PO4/C复合纳米纤维结构中,Li Fe PO4/C纳米颗粒主要分布于纤维的表面,而非晶碳则更多地集中于纤维芯,有利于电化学反应过程中锂离子和电子传输,同时又保持稳定的电极结构。（3）采用优化静电纺丝法制备了高电压（4.8 V）Ni掺杂Li3V2（PO4）3/C复合纳米纤维膜正极材料。研究发现,Ni掺杂对Li3V2（PO4）3/C复合纳米纤维的形貌、微观结构及电化学性能有明显的影响。在Ni掺杂含量范围内（0-5‰）,1‰Ni掺杂对Li3V2（PO4）3晶体结构的影响很小,并且由于纳米Ni颗粒的催化作用,在碳基纤维表面Li3V2（PO4）3生长形成针状Li3V2（PO4）3纳米棒,有利于形成Li3V2（PO4）3/C复合纳米纤维与针状纳米棒组成的3D网络混合结构。该自支撑复合纳米纤维膜电极与金属锂负极组成的电池在1 C和5 C下具有良好的电化学性能,主要归因于连续的独特3D导电碳网络,同时高的孔隙率有利于电解质的渗透和Li离子迁移以及电极的稳定结构加强了其氧化还原反应过程。（4）采用静电纺丝技术分别制备了结构稳定的Fe Ti O3/Ti O2/C、Li4Ti5O12/C（LTO/C）复合纳米纤维膜负极材料,表征和分析了电极的微观结构、倍率和循环性能,研究了制备工艺参数与电极材料结构、电极电化学性能的关系。研究发现:将Ti O2与Fe Ti O3相复合,在充电放电过程中Ti O2、Fe Ti O3、3D导电碳网络协同作用以及高孔隙率和自支撑结构等特点,克服单相Ti O2和Fe Ti O3的固有缺点,提高电极的比容量和结构稳定性。Li4Ti5O12/C（LTO/C）复合纳米纤维膜电极借助3D导电碳网络改善了Li4Ti5O12的导电性和倍率性能,与金属锂组成的电池可以稳定循环700周以上,放电比容量从初始～135 m Ah/g下降到～125 m Ah/g,其库伦效率始终接近100%,具有良好的循环稳定性和充放电可逆性。（5）在复合纳米纤维膜正极材料和负极材料研究的基础上,以所制备的LFP/C和LTO/C复合纳米纤维膜为正负极,创新性地设计和组装了全纤维基凝胶态锂离子全电池（LFP/C//LTO/C）,分析了电池的电化学性能,研究了基于纳米纤维电极构建全纤维基锂离子电池的可行性及结构和电池性能的关系。LFP/C//LTO/C全纤维基凝胶态电池在1 C下循环800周,比容量保持在100m Ah/g以上,库伦效率接近100%,为至今公开报道的全纤维基锂离子电池最高的循环寿命。全纤维基模拟软包电池在弯折半径4 mm下弯折200次,电池的电阻和比容量基本稳定,具有较好的柔韧性。优异的电化学性能归因于三维网络结构自支撑电极的良好电子、离子导电性及稳定的电极结构,为柔性锂离子电池技术的开发奠定了一定的理论和技术基础。（6）成功地将Li3V2（PO4）3/C及Ti O2/C复合纳米纤维膜插层应用于锂硫电池,表征和分析了锂硫电池的倍率和充放电循环特性,研究和揭示了电纺复合纳米纤维膜插层对抑制锂硫电池充放电过程中多硫化物“穿梭效应”的作用机制。研究发现采用Li3V2（PO4）3/C复合纳米纤维膜插层后,锂硫电池的循环和倍率性能得到了明显提升,2 C下电池初始放电比容量达到725 m Ah/g,循环500周后比容量保持在490 m Ah/g以上,库伦效率始终保持接近99%。复合纳米纤维膜抑制多硫化物的穿梭主要归功于碳基纳米纤维独特的多孔网络结构,均匀细小的网格可阻碍多硫化物向负极的扩散;纤维中的纳米氧化物颗粒,可与多硫化物间形成较强的化学键合吸附;高导电的3D网络结构碳纤维起到二次集流体的作用,可以快速地将吸附的多硫化物在Li3V2（PO4）3和Ti O2的催化作用下转化成活性硫,从而提高硫的利用率,使电池的循环稳定性得到显著提升。