随着能源逐渐短缺,环境日益恶化,寻找可替代的新能源迫在眉睫。锂离子电池具有能量密度高、充放电寿命长、对环境污染小、无记忆效应等优点,在新能源领域脱颖而出。目前锂离子电池已经广泛应用于一些小型智能设备中,但是仍需开发更高能量密度的锂离子电池以满足更高需求。除了研究具有更高比容量的活性材料外,还可以通过增加电极活性材料的载量来提高锂离子电池的能量密度。虽然高稳定性和优异化学性能的LiFePO₄与Li₄Ti₅O₁₂已被广泛报道与实际应用,但高载量高面容量的LiFePO₄正极与Li₄Ti₅O₁₂负极鲜有报道。这是因为在传统涂覆法制备的电极里,导电剂通常没有良好的机械力学特性,而粘结剂通常没有任何电子导电性,从而导致无法获得性能优良的高载量厚电极。针对厚电极存在的关键技术难题,本论文采用三维一体化策略,选用三种不同维度的碳材料与活性材料复合,对其电化学性能进行了研究。具体的研究内容和结果如下:（1）利用碳纤维、氧化石墨烯和科琴黑构筑了磷酸铁锂三维复合高载量厚电极,通过溶液超声分散与异性电荷材料之间的相互作用,成功制备了载量高达40 mg/cm²的磷酸铁锂复合电极。当电流密度为500 mA/g时,载量为10 mg/cm²的磷酸铁锂复合电极100次充放电循环后放电比容量稳定在120 mAh/g左右,具有优异的倍率性能和循环稳定性。在同样的电流密度下,载量为20 mg/cm²的磷酸铁锂复合电极循环50次后放电比容量稳定在80 mAh/g左右。（2）把碳纤维、氧化石墨烯和科琴黑与钛酸锂复合,通过材料之间的相互作用组装成一种三维复合电极。将活性物质的载量分别设置为10、20和40 mg/cm²,当电流密度为100 mA/g时,其首次放电比容量分别为175.9、171.1和77.5 mAh/g。载量为10 mg/cm²的复合电极表现出容量高、倍率性能好、循环稳定的电化学性能,远优于普通钛酸锂电极,体现了三维复合结构的优异性。将钛酸锂复合电极与磷酸铁锂复合电极组装成全电池,首次放电比容量为150 mAh/g,首次库伦效率为85.5%,循环稳定性良好。综上所述,本文成功制备了高载量高面容量的LiFePO₄正极与Li₄Ti₅O₁₂负极,且电极制备工艺简单可行,可以规模化生产,具有较大的应用前景。