自锂离子电池（LIB）商业化以来,由于其具有自放电小、平均输出电压高、可快速充放电、无记忆效应等特点,其广泛应用在各种电子产品中。随着电动汽车等大型用电设备的快速发展,常规LIB系统其较低的能量密度已无法满足实际需求。研究者们通过开发新型锂离子电极材料和构建新型储能体系（如锂硫电池（LSB））从而提升电池的能量密度。然而,高容量锂离子电极材料在循环过程中易发生体积变化,并且LSB中的多硫化锂（Li PS）易在电池正负极来回穿梭等问题日益凸显,阻碍了它们的快速商业化应用。本文针对以上问题,以仿生多孔碳纳米纤维为改性基体,对其进行复合改性,并将其用做LIB的负极材料和LSB的正极中间层材料,成功提升了电池的综合性能。其具体研究内容包括以下几方面:（1）选择水系环保型高聚物聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为碳源,聚四氟乙烯（PTFE）纳米粒子为致孔剂,配置PVP/PTFE纺丝原液,采用静电溶吹技术和结合预氧化工艺。将该膜作为多孔基质前驱体,通过水热生长和高温碳化,成功将硫化锌（ZnS）纳米颗粒负载到多孔碳纳米纤维（PCNFs）表面,构建了具有“玉米棒”结构的复合材料（ZnS/PCNFs）,并系统研究其作为LIB负极材料的相关性能。研究表明,纳米级ZnS“玉米粒”沿着PCNFs“玉米芯”紧凑而均匀地排列,此结构可以较好的抑制活性ZnS纳米颗粒的自聚集效应,增加负极材料的导电性,加速锂离子传输和电子传导。其具体的电化学性能为:在0.2 A g^-1的电流密度下,经过150次循环后,其比容量仍保持718 m Ah g^-1,体现了其较好的循环稳定性;在2 A g^-1下,其放电比容量可保留438 m Ah g^-1,表明其优异的倍率性能。（2）采用静电溶吹纺丝技术和高温碳化过程制备了具有仿生多级孔结构的氮掺杂纳米碳纤维（PCNFs）,进而通过水热生长方法在其表面原位生长了镁铝层状双氢氧化物（MgAl-LDH）。将该复合材料（MgAl-LDH/PCNFs）用作LSB正极中间层材料,系统研究其电化学性能。PCNFs可以通过多孔结构的物理限制和氮掺杂的化学吸附来共同抑制电解质中溶解的Li PS)的“穿梭效应”。镁铝水滑石（MgAl-LDH）的层状结构和较强的极性吸附,其可以与Li PS形成强烈的化学相互作用。同时,通过在界面处形成活性催化位点来有效地结合Li PS并促进氧化还原反应动力学。包含MgAl-LDH@PCNFs的正极中间层所组装的LSB具有优异的电化学性能,在0.2 C下,其获得了1452 m Ah g^-1的高初始放电容量;在2 C的倍率下,其具有952 m Ah g^-1的高倍率容量;在1 C倍率下,所组装电池进行500次循环后,其放电比容量仍保持700 m Ah g^-1。