锂离子混合超级电容器（LHSCs）是一种高效、独特且实用的高功率新型电化学储能器件。然而,正负极之间的不同反应机制导致动力学不平衡的问题使得LHSCs无法发挥其独特的优势。克服这一问题的有效方法则是采用具有赝电容特性的负极材料以平衡其反应动力学速率。氮化铌（NbN）作为过渡金属氮化物家族中兼具高导电性和优异赝电容特性的典型代表材料,已在LHSCs的应用中取得了一些进展。尽管具有优异的循环性能和赝电容行为,其有限的储锂容量和尚不明确的储锂机理是阻碍该材料在LHSCs中实际应用的主要问题。因此,有必要采取合理的设计方案和改进措施对氮化铌材料进行更深入的储锂性能和储锂机制的探索。本论文以氮化铌负极材料的优化、结构设计和锂离子混合超级电容器体系的构建为出发点,利用先进材料表征技术、电化学性能测试结合理论计算等方法对该材料在储锂性能、机理以及混合超级电容器中的实际应用进行详细的探索。主要工作如下:1.通过高能球磨和超声粉碎方法对商业化微米级NbN材料（c-NbN）进行纳米化改性,成功获得了直径约为200 nm左右的NbN颗粒（n-NbN）。研究发现,n-NbN材料表现出比c-NbN更高的倍率、循环性能以及赝电容贡献,并且电化学反应过程中不会引起材料结构的改变。以n-NbN为负极、商业活性炭（AC）为正极构建的n-NbN//ACLHSC表现出最大能量密度为93.8 Whkg-1,最高功率密度为4681 Wkg-1,体现出NbN材料具有一定的应用潜能。此项研究表明材料纳米化是提升电极材料性能的重要途径,但单一的纳米化改性策略对材料性能的提升程度有限,还需运用更加多元、有效的优化方案。2.探究了一种缺陷主导、多孔碳复合超小纳米单晶NbN负极材料结构设计方案。具体而言,在超细NbN单晶嵌入到多孔碳骨架中的基础上,原位引入了两种可见的结构缺陷,即晶体空位和晶格扭曲。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线吸收光谱（XAS）等表征证明了 NbN晶体中存在丰富的空位和缺陷。NbN@C复合电极在锂离子半电池中展示了高达540 mAhg-1的高度可逆存储容量,以及出色的速率能力和循环稳定性。与完美晶体结构的NbN相比,第一性原理密度泛函理论（DFT）仿真建模计算进一步证明了 NbN@C复合电极中缺陷NbN组分的空位诱导的额外容量贡献。这项工作为储锂负极材料的开发与应用,提供了多元、高效的结构改性方案参考。3.在NbN@C复合电极成功应用于锂离子半电池的探索基础之上,将其与活化后的AC正极耦合,组装的NbN@C//AC LHSC可以提供最高125.5 Wh kg-1的最大能量密度和7818 W kg-1的最大功率密度,并在1 A g-1条件下循环10000次后保持56.1 Wh kg-1的能量密度,展示出优异的长循环性能。该研究成果展示出NbN@C复合电极在锂离子混合超级电容器体系的极大应用潜力,也使LHSCs在未来的实际应用成为可能。