随着可穿戴设备以及柔性电子器件的发展,开发兼具高能量密度和高功率密度以及柔性特征的锂离子电池越来越引起学术界与产业界的高度重视。设计和制备具有良好柔韧性、短的离子电子传输路径和高质量比容量的电极材料并在此基础上开发和组装原型柔性器件是目前本领域的研究难点和重点。本论文基于静电纺丝技术,通过对材料在微纳米尺度上的可控组装实现材料结构和组成的层次化,设计制备了一系列自支撑的高性能锂离子电池正负极材料,并组装得到了性能优良的柔性锂离子电池器件,主要研究成果如下:1)设计并成功制备了一种新型的柔性导电纳米电缆网络结构。通过结合静电纺丝和化学气相沉积方法,制备了一种石墨化碳卷曲形成管而活性物质均匀分散在管中的纳米电缆结构。通过在前驱体中加入不同盐溶液,即可制备出石墨化碳包覆不同活性物质的纳米电缆复合材料。利用该普适性方法,我们成功制备了石墨化碳包覆纳米分散的锡硅氧化物的自支撑薄膜。该材料作为锂离子电池负极时,表现出高的可逆比容量(1164 mAh g-1)以及优异的循环性能,在0.1 A g-1的电流密度下循环200圈,容量保持率接近100%。2)在纳米电缆网络结构基础上,实现电化学活性材料的维度调控和复合界面接触方式调控。通过氢氟酸刻蚀和化学热处理方法,实现了零维纳米颗粒向二维纳米片的转变;并进一步通过氧化硅的限制作用,优化了二维纳米材料的生长取向,构建了石墨化碳卷曲形成的管壁与薄层二硫化钼纳米片之间“边”对“面”的接触方式,从界面接触方式角度构建了更高效的电子、离子传输网络。设计制备的MoS2@G在5 A g-1的电流密度下循环700圈仍然具有900 mAh g-1的容量。3)实现基于纳米电缆网络结构的柔性锂电正极材料制备及柔性全电池组装。设计制备了五氧化二钒负载于石墨化碳纳米管内的纳米电缆复合材料。该材料作为锂离子柔性正极材料时展现了快速、稳定的储锂行为,在15.2 kW kg-1的功率密度下具有360 Wh kg-1的能量密度。基于该材料设计组装的原型柔性锂离子电池展现了优异的循环稳定性和耐弯折性能,在20 C的电流密度下比容量可达80mAh g-1,并在弯折两百次后仍可以保持稳定在3 V的开路电压。4)提出了一种基于有机小分子的富氮多孔碳纳米纤维自支撑薄膜的制备方法。通过结合静电纺丝和低温聚合工艺,设计制备的富氮多孔碳纳米纤维不仅具有极高水平的氮掺杂含量,有大量的电化学活性位点,还具有丰富的孔结构,利于离子的快速扩散,应用于超级电容器时展现了优异的电化学能性能。在此基础上,设计组装了兼具高功率密度和高能量密度的(锂离子电容器)杂化储能器件。