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商业锂离子二次电池得到了广泛的应用,但其劣势也很明显。首先,电极大量使用了过渡金属元素,回收处理复杂,且反应活性高,安全隐患大;此外,电解液为易挥发、有毒、易燃的有机溶剂,而隔膜以烯烃类聚合物为主,容易收缩变形,甚至起火。这些因素限制了锂电池的进一步发展,因此开发新型储能系统非常紧迫。聚酰亚胺（PI）稳定性极好、机械性能优异、不易燃,还含多个电化学活性的共轭羰基基团,可用于新型锂离子电池（LIBs）、锌离子电池（ZIBs）的电极材料及聚合物固态电解质。但是PI电极容量受结构、导电性差等因素的影响,容量低;而对于聚合物固态电解质,目前设计复杂,难以同时兼顾室温离子导电率、耐热性、机械性能等性能要求。针对以上问题,本文设计和制备了可用于LIBs和ZIBs的有机电极及固态电解质的PI基复合材料,并探究其电化学性能及机理,主要研究内容和结论如下:（1）以少层MXene（Ti3C2Tx）为基体负载基于均苯四甲酸酐（PMDA）和对苯二胺（p-PDA）单体的聚酰亚胺（PPI）,通过溶剂交换法使材料多孔薄层化,获得新型多孔层状复合材料（PPI@MXene）,增加了材料的导电性和比表面积,以提高聚酰亚胺的羰基利用率;通过优化MXene的比例,PPI@5%MXene复合材料的储锂性能最优,在0.05 A/g的电流密度下具有115 m Ah/g的可逆容量;当电流密度提升至0.5 A/g时,容量仍保持了61.7%。此外,电化学机理的计算结果表明,PPI@5%MXene的性能提升来源于更快的电子和锂离子传输速度,增强了材料的赝电容效应,说明MXene对电极性能的促进作用。（2）调整聚酰亚胺结构,以少层MXene为载体,原位聚合萘四甲酸二酐（NTCDA）和p-PDA,获得了萘基聚酰亚胺/MXene新型复合材料（NPI@MXene）,提高材料的导电性。同时引进共轭性更强的二酐基团,有利于提升金属离子嵌入后聚酰亚胺分子结构的稳定性。纯NPI电极的储锂性能稳定,并通过优化MXene的比例,NPI@10%MXene复合材料获得最优的综合性能,在0.1 A/g的电流密度下具有113 m Ah/g的可逆容量,当8 A/g时容量保持率为～74.3%,倍率性能出色;在1 A/g的循环测试下,5000圈后容量保持率高达～76.9%,展现出超长循环稳定性。电化学机理的分析结果表明,NPI@10%MXene锂电池的电子和锂离子的传输速度更快,增强了赝电容效应,有利于提升材料的储锂性能。此外,由于结构稳定性的增强,纯NPI电极的储锌性能也获得了一定的提升,而MXene可以进一步提升电化学性能,NPI@10%MXene复合材料在1 A/g下容量最高可达～77 m Ah/g,200圈后容量依然保持在～51 m Ah/g。（3）优化聚酰亚胺结构,以还原氧化石墨烯（r GO）为载体,原位聚合基于NTCDA和三（2-氨基乙基）胺（TAEA）单体,获得了新型三维网络型聚酰亚胺/r GO复合材料（NTA@r GO）。通过引入三胺基的单体,增加二酐基团的偶联数以提高容量,及调整聚酰亚胺分子的全苯环线性有序的分子结构以降低分子链间的堆积密度,有利于水合锌离子的嵌入,实现电化学性能的提升。纯NTA电极的储锂容量获得了提升,并通过优化r GO的比例,NTA@5%r GO复合材料的综合性能最优,在0.1 A/g时表现出了～127m Ah/g的可逆容量,在1 A/g下,1000次循环后容量依然为～107 m Ah/g。此外,由于结构上的调整,纯NTA锌电极具有更强的储锌性能,而加入了r GO有利于进一步增强电化学性能,NTA@5%r GO复合材料在0.05 A/g的电流密度下,容量为～126 m Ah/g;在1 A/g下200圈后容量保持在～73 m Ah/g。（4）基于酰肼键可以参与多价金属离子的络合作用,以NTCDA、对苯二酰二肼（NPH）为单体经一步法制备了新型含酰肼键的多孔聚酰亚胺（NTP）,通过引入酰肼基团以增强锌离子嵌入后分子的结构稳定性,提升材料的储锌稳定性。NTP水系锌电池在1 A/g的电流密度下,500圈后电池容量依然保持有～83 m Ah/g,保持率为126%。（5）纯聚氧化乙烯（PEO）电解质膜熔点仅为～55℃,容易失去机械强度,存在安全隐患,无法满足固态电池的实际应用要求。通过借鉴传统液态电解质与隔膜的组合系统,采用“两步法”的设计思路,设计了PEO固态电解质的新型结构。首先引入PI纺丝膜为骨架,利用孔隙与PEO和锂盐复合,重点解决PEO电解质膜不耐热、机械性能差的问题;再引入羧甲基壳聚糖锂（CMC-Li）制备出新型复合电解质（PEO/CMC-Li@PI）,提高膜的室温离子电导率。PEO/CMC-Li@PI具有优异的耐热性能和机械性能,在30℃时离子电导率提升至3.16×10-5 S/cm,电化学窗口达到～5 V。Li Fe PO4/（PEO/CMC-Li@PI）/Li固态电池综合性能（60℃）最优,在0.5/1 C电流密度下容量分别为99/51 m Ah/g;而在0.5 C下,150次循环后容量依然保持～93 m Ah/g。