充电电池通常由正极,隔膜,负极,电解液等组成,集流体作为正负极活性材料的支撑基底,对整个电池的表现起着极为关键的作用。设计高效的集流体,使其能够在单位重量下负载更多的活性物质,从结构设计方面,提高电池的整体能量密度,具有重要的现实意义。本论文研发了一种模板电镀与刻蚀技术,用于超轻镍集流体的制备。首先通过900℃高温烧结的方法,将离散的电解铜粉烧结形成多孔基体,并以该三维连通多孔铜为模板,电镀薄层金属镍,然后刻蚀铜模板,制备出了一种超轻镍集流体（UNF）,其平均孔径在2-10μm。探索了不同实验条件,如电沉积时间、铜模板厚度、退铜溶液比例等因素对超轻镍集流体形貌和结构的影响,得到了优化后的实验条件。同时以此集流体为基础开发了锂氧气电池。锂氧气电池作为下一代储能器件,具有超高的能量密度,其研发前景一直备受关注。然而,放电产物的绝缘属性以及碳材料和粘结剂引起的一系列副反应限制了锂氧气电池的发展。本论文研究发现50 nm左右壁厚的超轻镍集流体的积分电荷是52.9 mC g-1,是单位质量商业泡沫镍的300倍左右。基于单位质量的比表面积,超轻镍集流体具有明显的优势。超轻镍集流体的厚度和通孔的壁厚可以通过铜模板厚度和电镀时间加以调控。超轻镍集流体的厚度能够在10-200μm范围进行调控。因此,我们能够根据电池体系特征来设计具体的集流体,以满足不同条件下的能源存储需要。进一步,我们以超轻镍集流体为基底,通过共形沉积的方法,在其上负载了10 nm左右的钌纳米颗粒,得到钌修饰的超轻镍电极（UNF@Ru）。由于该电极的全金属特性,能够有效地避免由于碳材料引入所产生的副反应。于此同时,钌修饰的超轻镍电极具有连续电子通路,多孔结构和高效的催化活性。与壁厚较大,电极质量较重的商业泡沫镍相比,三维超轻镍电极有306倍的整体电极比容量优势。整体电极提供的能量密度为1316 Whkgel-1,同时该氧气电极能够稳定循环100圈而没有明显的容量衰退,表现出优异的循环稳定性。当电流增加到168mA gel-1时,电极功率密度为317Wkgel-1,同时钌修饰超轻镍电极整体电极仍具有高达711 Wh kgel-1的能量密度,具备良好的高倍率性能。本研究制备出高效的三维集流体具有重要的实际应用价值。模板法被广泛地应用于制备三维多孔结构,采用该方法制备的三维结构能够完成牺牲模板的完全复型,从而实现形貌,大小的精确调控。将模板材料去除后将会进一步形成孔洞,从而提供传质和离子扩散缓通道。三维结构与块状结构相比具有更大的孔隙率和质量比表面积。该结构能够突破二维平面的结构限制,提高电极在单位面积上的负载量和电解液在内部的扩散,在高倍率和长时间的循环下,能够保持优异的性能。