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锂离子混合电容器（LIC）结合了锂离子电池（LIB）和超级电容器（SCs）的优点,具有相对较高的比能量、比功率和较长的循环寿命,使其成为能量存储领域研究的热点课题之一。然而,受限于现行碳酸酯类有机体系电解液较窄的电化学稳定窗口（ESPW）,以及LIC常用的正极材料较低的充/放电电位（4 V vs.Li/Li+）,导致LIC器件的工作电压较低（≤3.3 V）,从而造成LIC的比能量未达预期。另外,常规电极体系内部导电网络结构低效,正、负极容量不匹配等问题限制了LIC器件的比功率和循环寿命。上述原因共同导致现行LIC在比能量、比功率和循环寿命等方面仍需进一步提高以满足市场需求。基于此,本文从功能化新型高电压电解液的研究,多元纳米碳复合材料的改性制备,以及正、负极容量比优化调控三方面着手,将高电位（5 V vs.Li/Li+）镍锰酸锂（LNMO）正极与活性炭（AC）负极组合,进行高电压LIC（即,LNMO//AC）的研究。主要内容包括以下三方面:首先,通过在常规碳酸酯类电解液中引入功能化添加剂（三（三甲基硅烷）亚磷酸酯（TMSP））以提高电解液的ESPW,并构建稳定的正极/电解液界面膜（CEI）,从而实现LIC工作电压的提高,进而有效提升其比能量和循环寿命。具体地,在常规电解液（Reg）(1 mol L-1 Li PF6溶于EC/DMC/EMC（体积比为1:1:1）)中加入1 wt.%TMSP制得1 wt.%TMSP+Reg电解液,使用三电极体系测试其电化学性能证明了TMSP能够有效拓宽电解液的ESPW。进一步地,通过LNMO//Li半电池和AC//Li半电池测试证实了TMSP能够在正极表面分解成膜,形成的CEI膜具备优越的电导率和电荷转移速率,TMSP能清除电解液中的分解产物,从而有效改善LNMO正极和AC负极的倍率性能和循环稳定性。与Reg电解液相比,在1 wt.%TMSP+Reg电解液中,LNMO//Li半电池在1 C电流下循环200次后的容量保持率从57.88%提高至94.51%;AC//Li半电池在0.6 A g-1电流下循环1000次后的容量保持率则由79.41%提高至89.68%。其次,将LNMO正极材料与多元且不同维度的纳米碳材料（一维碳纳米管（CNT）和二维石墨烯（GN））及常规导电剂材料（零维导电炭黑（SP）和导电石墨（KS-6））相结合进行复合改性,构建三维“点-线-面”高效导电网络,增强电极内部电荷转移和离子传输,降低电极电阻,实现倍率性能的显著提升。具体地,先将单元纳米碳材料（CNT或GN）与LNMO结合,对纳米碳材料的比例进行系统优化,得出最佳比例时的单元纳米碳复合正极。其中,当CNT和GN的加入量分别为0.2 wt.%和0.025 wt.%时,所制备的LNMO/SP/KS-6/CNT和LNMO/SP/KS-6/GN复合电极在20 C电流下的放电容量从常规电极（LNMO/SP/KS-6）的20.91 m Ah g-1分别提高到40.91 m Ah g-1和38.06 m Ah g-1。进一步地,得益于复合电极内部三维“点-线-面”高效导电网络结构协同效应的发挥,多元纳米碳复合电极（LNMO/SP/KS-6/CNT/GN,0.2 wt.%CNT+0.15 wt.%GN）的倍率性能得以进一步提升,在20 C电流时的放电容量高达64.11 m Ah g-1。最后,在上述研究基础上,将所制备的功能化新型高电压电解液,多元纳米碳复合LNMO正极与高倍率活性炭（AC）负极组合,通过正、负极容量比的优化调控,进行高电压LIC的研究。需要指出的是,文献中关于LIC正、负极容量比的研究较少,是LIC研究的不足。本文在一系列不同正、负极容量比下（即,1:1,2:1,3.5:1,4:1,5:1）组装LIC,并经过倍率测试及循环测试,得出具备最优性能时的正、负极容量比,确保LNMO复合正极和AC负极均处于其安全电压区间,从而减少正、负极极化,确保LIC在高工作电压时的循环稳定性。实验证明,在3.45 V的高工作电压下,LIC的最优正、负极容量比为3.5:1,其具备63.9 Wh kg-1的高比能量、2892.60 W kg-1的高比功率,且在0.6 A g-1电流下循环7000次后容量保持率仍高达78.80%。与之相比,未优化容量比的LIC（即,正、负极容量比为1:1）的比能量仅为54.80 Wh kg-1,比功率仅为1211.60 W kg-1,相同电流下循环1000次后的容量保持率仅为15.1%。综上所述,本论文通过功能化新型高电压电解液的研究,多元纳米碳复合材料的改性制备,以及正、负极容量比优化调控三方面的系统研究,成功地制备了适用于高电压LIC的新型高电压电解液和高倍率三维纳米复合LNMO正极,将其与高倍率AC负极组合,并经过系统的正、负极容量比调控优化,制备出能在3.45 V的高电压下稳定工作的高性能LIC。此外,本论文所使用材料的商业可获性证明了本工作的研究成果具备较好的商业应用可行性。同时,本论文的研究策略对于其他类似的混合型储能器件具有一定的借鉴意义。