锂离子储能器件中锂离子电容器、锂离子电池等各自都有独特的优势，从而成为化学电源的研究热点。电极材料是化学电源的重要组成部分，石墨烯作为锂离子电容器的正极材料和锂离子电池电极材料的添加剂，以及特殊结构的氧化物作为锂离子电池的负极材料受到广泛关注，具有广阔应用前景。本文的研究主体主要有硼掺杂的自支撑石墨烯锂离子电容器正极材料、硅-石墨烯复合锂离子电池负极材料、中空纳米TiO2和碳氮共掺的核壳多孔纳米TiO2的锂离子电池负极材料，以及石墨烯材料掺杂锂离子电池的负极材料，探索了这些新型电极材料以及其在锂离子储能器件的性能。
　　首先研究了石墨烯基锂离子电容器，以石墨烯作为正极材料，由于其存在长期循环中容量不可逆的问题，因此掺杂修饰改性成为研究热点。基于等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)，实现石墨烯电极的硼掺杂，常温下采用乙硼烷和氢气作为混合气体，在高频电场作用下辉光产生各种活性硼等离子体(BHx，x=0-3)，与具有丰富官能团和3D网络空间的石墨烯电极发生反应，优化工艺，最终得到常温下、辉光功率100W和辉光时间1min时制备的硼掺杂石墨烯电极具有最高的放电比容量140mAhg-1和超过99.6%的库伦效率，比原始石墨烯提高了28.9%。
　　石墨烯和硅进行复合作为锂离子电池的负极，用于解决硅材料在循环中出现的体积变化问题。基于PECVD，以硅烷和氢气作为前驱体，辉光产生各种含硅的活性等离子体，与自支撑石墨烯电极反应，制备硅-石墨烯复合电极，最终得到硅量为12nm时，复合电极的首圈放电容量比原始电极提高了30%，且循环350圈时容量保持率仍有66.3%。
　　氧化物负极材料在安全性的锂离子电池中具有重要的研究意义。基于模板法和空气中高温煅烧法，研究了中空结构纳米TiO2作为锂离子电池的负极材料，得到中空多孔纳米TiO2，具有丰富的比表面，为锂储存提供了大量的空间。优化工艺，最终利用PVP(K30)和PMMA微球模板在空气中经过600℃的煅烧，得到的中空纳米TiO2具有最佳的电化学性能，放电比容量达到165.7mAhg-1和循环200圈容量保持率达到94.5%。
　　核壳结构材料由于结构的高稳定性在锂离子电池中有重要研究价值。基于溶胶-凝胶、冷冻干燥和氩气中高温煅烧，得到核壳结构稳定的杂化复合材料C-N@MP-TiO2，其以原位生成的氮掺杂碳为核心，周围均匀分布的纳米多孔TiO2颗粒为外壳。优化工艺，得到了高比表面积318m2g-1和平均孔径6.8nm的C-N@MP-TiO2材料，电流密度为0.1Ag-1时，其初始放电容量达到360mAhg-1，循环350次后，容量保持率达97%；5Ag-1时，仍有173.6mAhg-1的容量，具有优异的倍率性能；此外，20Ag-1时的可逆容量可达172.2mAhg-1，且能长期循环100圈以上。
　　利用(氧化)石墨烯作为添加剂加入到杂化复合材料C-N@MP-TiO2的制备中，经过水热、高温煅烧，通过石墨烯的自组装形成连续导电网络，最终得到的复合材料在大电流密度5Ag-1时，放电比容量达到212mAhg-1，循环300圈容量保持率几乎达到100%。