在工程应用中,轻量化和集成化一直是新能源电池存储设备系统发展的目标,而结构储能一体化设计被认为是实现这一目标的有效途径。与锂离子电池相比,锌离子电池,尤其是水系锌锰电池,因其理论容量高、材料成本低、环境适应性强、毒性小、安全性高及易组装等优点,在未来结构储能领域中具有非常大应用前景。然而如何通过电极结构优化设计实现高强高性能锌锰结构电池组装是目前面临的一个重要挑战。本论文主要针对MnO2本征导电性差、结构稳定性差及内部离子传输受限等问题进行电极结构的优化设计,旨在以新型准二维多孔炭微片为组装单元及MnO2载体,借助单壁碳纳米管（SWNT）优异的导电性能、交联性以及结构形变适应性,通过简易可控的制备工艺,组装具有多级孔结构且高电化学活性的碳@MnO2复合电极,并采用传统碳纤维增强环氧真空固化工艺以及新型热塑性碳纤维3D技术,实现高强高性能锌锰结构电池的不同模型一体化设计、组装及其综合性能研究。主要研究结果如下:1.提出了一种新型准二维木棉基薄壁多孔炭微片作为组装单元,并借助SWNT,制备出致密且兼顾离子快速传输动力学多孔炭微片复合薄膜电极,其堆积密度（～0.7 g/cm3）明显高于传统颗粒状多孔活性炭电极材料（＜0.4 g/cm3）。利用多孔炭微片快速的平面离子传输、高比表面积、优异导电性及其多级孔结构组装特点,所构筑的复合薄膜电极在Zn/C电池中表现出优异的倍率性能和质量/体积比容量。即使电极负载量增加到12 mg/cm2,所组装Zn/C电池依旧展现出优异的电容性能（114 mAh/g;1.37mAh/cm2）和倍率性能。2.利用炭微片电极组装的结构特点,首先通过超声法,实现高活性δ-KxMnO2纳米片在多孔炭微片表面的原位生长,制备高活性多孔炭微片@MnO2复合材料,并作为组装单元,借助碳纳米管作为导电添加剂和网络结构支撑,实现具有多级孔结构且高强（拉伸模量:1.02 GPa）高导电（140 S/cm）高活性多孔炭微片@MnO2复合薄膜电极的组装。该电极在水系Zn/Mn电池中展现出优异的电容性能（388.2 mAh/g）、倍率性能以及循环稳定性。3.利用多孔炭微片@MnO2复合电极优异的电化学活性和结构柔韧性,组装高性能柔性准固态锌锰薄膜电池,其能量密度高达377 Wh/kg。并借助环氧真空固化工艺,首次实现嵌入型碳纤维增强锌锰结构电池的一体化设计。得益于所嵌入电池的薄膜结构（厚度约为0.5 mm）,构筑的碳纤维增强锌锰结构电池展现出优异的电化学性能和力学性能,其拉伸强度和弯曲模量分别高达292.8 MPa和26.6 GPa。此外,首次尝试采用新型热塑性碳纤维3D打印技术,实现新型嵌入型锌锰结构电池的组装,为未来的轻量化结构储能一体化设计提供新的思路。4.受护坡植物扎根固定土壤和抵御强风的启发,本文采用高活性多孔炭微片@MnO2作为活性物质,借助SWNT优异的交联性及结构形变适应性,通过界面调控、真空灌注等工艺,实现交联型碳纤维增强多孔炭微片@MnO2复合材料的设计,其中SWNT一方面渗入到碳纤维管间,另一方面与活性物质交联在一起,形成连续稳定的结构体系。并采用该复合材料作为电极及结构支撑,通过传统环氧真空固化工艺,实现高强（拉伸强度/弯曲模量:199 MPa/26.0 GPa）、高性能（比容量:187 mAh/g）复合型碳纤维增强锌锰结构电池的组装。