锂离子电池是通过锂离子在正负极中的嵌入脱出来实现电化学存储的一种能源存储器件,已经被广泛的应用在我们生活中的各个领域。随着应用领域的扩展,未来锂离子电池对电池电极材料的选择、电极结构的设计以及器件独特性等方面都提出了更高的要求,因此寻求具有高比容量的电极材料、优异电池性能的电极结构以及具有柔性可穿着等特性的能源器件、能源集成器件成为未来电池的重要发展方向。本文从电极材料的选择、电极结构的设计以及能源集成器件的设计等角度出发,旨在制备出高性能的锂离子电池。在电极材料的选择方面,选择具有高理论比容量的Sn02和C0304;在电极结构的设计方面,采用具有三维布状结构的碳布作为集流体形成一种三维复合电极结构;在能源集成器件方面,采用具有多种性质的Sn02作为活性物质实现Sn02/碳布锂离子电池对Sn02布紫外光探测器的驱动。本论文的主要研究成果如下：从纳米结构材料易团聚的角度出发,采用单一的反应物成功的制备出纳米片组装的C0304微米球,微米球充分利用了纳米结构高的电化学性能以及微米结构在-定程度上缓解了纳米结构的团聚问题。通过对纳米颗粒和纳米片组装微米球的比较,得出纳米片具有更高的比表面进而具有更优异的储锂性能。纳米片组装的微米球制备的电极在100mA/g的电流密度下循环50次之后依然具有1000mAh/g的容量保持,在500mA/g的电流密度下循环80次之后依然具有850mAh/g的容量。采用与上述微米球制备同样的方法,成功的在具有三维布状结构的碳布表面生长出C0304纳米片阵列。由C0304纳米片阵列/碳布组成的三维复合电极可以直接将导电性比较好的碳布作为集流体进行电池的封装,简化了电极的制备过程,并且碳布还为电子提供了一个三维传输通道提高了电极的储锂性能。Co3O4三维复合电极在800μA/cm2的电流密度下循环60次之后依然具有3.5mAh/cm2的面积容量和优异的倍率性能。通过采用两种金属离子的盐溶液,成功的在碳布表面生长出具有同样微观形貌纳米片的MnCo2O4与CO3O4具有相同的晶体结构、相差无几的品格常数以及相同的阳离子价态,因此MnCo2O4可以看做是品格中1/3金属离子位置被Mn所取代的Co3O4。MnCo2O4集合了Co氧化物优异的储锂性能和Mn氧化物较低的电压平台,两种金属阳离子的协同作用使得MnCo2O4在特定的电压测试区间具有更优异的全电池性能。此外,MnCo2O4三维复合电极优异的锂离子传输性能也没有受到性能比较差的Mn氧化物的影响。因此通过对Co3O4中加入一部分的Mn形成MnCo2O4,在一定程度上提高了Co系氧化物在全电池中的性能。使用一种活性材料SnO2以及基底碳布实现了柔性锂离子电池和柔性光探测器两种柔性器件的制备。在锂离子电池中,集流体碳布在一定程度上缓解了活性物质Sn02纳米颗粒的团聚；在光探测器中,SnO2布保留了模板碳布的三维编织状结构,并且其空心微米管也为光探测器中的电子提供直接的传输通道。布状的锂离子电池和光探测器电极相连,形成自驱动的能源集成器件,进行光探测的测试。为了提高SnO2纳米颗粒在锂离子电池中的循环稳定性,我们采用与其有相同晶体结构、相似品格常数并且具有优异循环稳定性的金红石TiO2进行复合,形成SnO2@TiO2/碳布三维复合电极。复合电极在200mA/g的电流密度下循环100次之后依然具有700mAh/g的比容量和比较好的倍率性能,首次库伦效率可以达到80%以上,极大的抑制了首次充放电中不可逆反应的发生。