LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）高压锂离子电池和锂硫电池是未来电动汽车的候选电源,但两者循环性能都较差。为了解决这些问题,本文采用电泳沉积（electrophoretic deposition,EPD）和抽滤的方法将超薄超轻的石墨烯基膜层沉积在电极和隔膜的表面,在不降低电池质量和体积比能量的条件下,提升了LNMO电极和锂硫电池的电化学性能,并深入分析了性能提升的机理。采用EPD法在LNMO电极表面沉积了对苯二胺修饰的还原氧化石墨烯（p?phenylene diamine decorated rGO,pPD-rGO）。通过调节沉积电压和时间实现了对pPD-rGO层面载量的控制。进一步改进EPD技术,发明了电泳过滤沉积法,其关键之处是将隔膜置于电泳沉积的电极中间且不与电极接触。在电场力作用下,石墨烯片过滤沉积在隔膜上。基于这种新方法,设计了连续电泳装置并成功批量制备了两种石墨烯/聚丙烯复合隔膜——pPD-rGO/3401复合隔膜和少缺陷石墨烯/3401（less defects graphene/3401,LDG/3401）隔膜。pPD-rGO/3401和LDG/3401隔膜上的石墨烯层面载量分别仅有0.017 mg/cm2和0.1 mg/cm2,在隔膜中的质量百分比分别低于1%和10%。此外本文还合成了TiO2包覆少缺陷石墨烯（TiO2 coated less defects graphene,TiO2-LDG）纳米片,并采用抽滤法制备了TiO2-LDG/3401复合隔膜,完全覆盖隔膜的TiO2-LDG层最低面载量仅有0.09 mg/cm2。研究了pPD-rGO层面载量、充放电电位区间和石墨烯化学结构对LNMO电极循环性能的影响。对pPD-rGO层面载量和充放电电位区间优化后发现,当pPD-rGO层面载量为20μg/cm2,充放电电位区间为4.2-5.2 V时,pPD-rGO层改性的LNMO电极具有最优的循环性能,在1 C下循环1000周后剩余比容量为100 m Ah/g,容量保持率为81.7%,每周衰减仅有0.018%。提高沉积电压或延长沉积时间,会使得pPD-rGO层面载量变高,这会阻碍锂离子传输,降低LNMO比容量。pPD-rGO层由于表面吸附碱性pPD分子,可以通过酸碱中和反应消耗酸性的F自由基,使得碳酸乙烯酯（ethylene carbonate,EC）开环数量减少,因此在pPD-rGO层表面易形成长链的聚碳酸乙烯酯（poly ethylene carbonate,PEC）和更多的Li F,使得pPD-rGO/电解液界面处的正极/电解液界面层（cathode/electrolyte interface,CEI）更致密。该致密CEI层阻止PF6-离子的扩散和新的F自由基的生成,从而稳定CEI层,提升LNMO电极的循环性能。此外将pPD-rGO/3401复合隔膜与LNMO电极配合使用,也提升了电极的循环性能,说明隔膜上的pPD-rGO层也可以稳定CEI层。将LDG/3401复合隔膜用于锂硫电池,提升了锂硫电池的循环性能,原因是LDG层提升了硫电极电导率并且降低了电荷传递阻抗,同时还可以抑制多硫离子向锂负极扩散,减少活性硫的不可逆损失。将TiO2-LDG/3401复合隔膜用于锂硫电池,提升了锂硫电池的循环性能。当TiO2-LDG层面载量为0.09 mg/cm2时,电池循环性能最优。将该复合隔膜用于载硫量分别为1.4 mg/cm2和3.5 mg/cm2的硫电极,在0.2 C下循环150周后其剩余比容量分别为704 m Ah/g和686 m Ah/g,每周衰减率分别为0.09%和0.2%。此外还研究了TiO2-LDG/3401＿0.09隔膜不同使用方式对锂硫电池性能的影响。在TiO2-LDG层面对硫正极的电池中,TiO2-LDG层主要通过捕获溶解在电解液中的多硫离子、抑制多硫离子的扩散以及降低电荷传递阻抗来提升电池循环性能;在TiO2-LDG层面对锂负极的电池中,TiO2-LDG层主要通过抑制锂枝晶来提升电池循环性能。