近年来,可穿戴电子器件和人工智能设备市场迎来快速发展,市场对配套的柔性储能设备的需求逐年增长。目前主流的储能器件锂离子电池（LIBs）由于具备高能量密度、低自放电等优点,已经在多个领域内获得了大量的关注与广泛的应用,因此,为了满足柔性市场对储能器件巨大的使用需求,亟需开发纤维状的电极用于柔性LIBs的组装。常规方法来讲,电极通过将活性材料、粘结剂和导电剂涂覆在金属薄膜上制备得到,由于电极本身刚性较大、弯折后难以恢复以及形状不匹配等问题,导致其难以直接作为柔性电极应用于纤维状电池。石墨烯纤维是由石墨烯片层通过层层堆叠的方式组装而成的新型碳基材料,一方面,其继承了石墨烯单元优异的性能,以湿法纺丝、干法纺丝、干喷湿纺、限域水热等加工方法为基础,结合多种后处理方式,能够实现纳米尺度的部分优异性能遗传到宏观纤维上,因此纤维在力学、电学和电化学等方面均有优异的表现;另一方面,石墨烯片层尺度及片层之间结构可调,微观孔结构能够精确控制,通过纺丝原液杂化以及纤维表面修饰等手段能够实现功能粒子的可控负载,因此,为纤维的柔性化以及功能化带来了可能性,有望在下一代纤维状储能器件领域发挥巨大的作用。对于多样化的应用场景,储能器件对容量的衡量指标往往会发生变化,不同于常规电池注重于质量比容量和体积比容量,由于纤维特殊的一维线状结构,线容量在应用过程中成为了更为重要的应用指标,更高的线容量能够在轻量化和微型化两方面改善纤维状电池的性能。但是,石墨烯纤维直接作为纤维状电池仍旧存在以下问题:（1）相较于金属氧化物、硅单质等活性材料,石墨烯的理论比容量较低,本身储锂能力有限;（2）引入的高容量功能组分在循环时往往出现巨大的体积膨胀的现象,导致电池表现出较差的电化学稳定性;（3）由于纤维制备过程中片层之间存在强大的相互作用,导致纤维内部片层排列过于紧密,大大降低了电解液在纤维内部的扩散速率。因此,如何通过纤维结构的可控设计以及多组分间的杂化来实现纤维状电极线容量的有效提升成为了目前面临的主要问题。针对以上问题,本论文采用湿法纺丝的方式连续化制备多孔石墨烯杂化纤维,系统研究了石墨烯杂化纤维的物理特性及电化学性能,并探讨了其在高线容量纤维状锂离子电池（F-LIBs）中应用的可行性。具体研究内容如下:（1）碳纳米管杂化石墨烯纤维的构筑及其用于F-LIBs的研究。以氧化石墨烯（GO）和碳纳米管（CNT）为原料,通过超声的方式将两者均匀分散于去离子水中,利用GO和CNT之间强烈的π-π相互作用,获得不同CNT含量的纺丝液前驱体。以GO-CNT的水溶液为纺丝液,高分子量壳聚糖水溶液为凝固浴,通过湿法纺丝的方式连续化制备GO-CNT杂化纤维,进一步通过惰性气体高温热还原获得具有微观导电网络结构的r GO-CNT纤维。分析杂化纤维的物理性能发现,由于湿法纺丝过程中喷丝孔处强烈的应力剪切作用,纯r GO纤维和r GO-CNT杂化纤维内部石墨烯片层都表现出明显的取向结构,但由于CNT的存在,r GO-CNT杂化纤维内部片层间排列由紧密变得更为疏松,层间距明显增大,形成了贯穿的多孔网络结构,该结果同样在比表面积上得到体现,由于堆叠程度的降低,r GO-CNT杂化纤维相较于r GO纤维比表面积从127.5 m~2 g-1提升至204.5 m~2 g-1。最终以r GO-CNT杂化纤维为负极材料组装成纤维状LIBs,并对其电化学性能进行表征,探究了不同CNT含量下柔性电极的容量,在CNT含量为5%,电流密度0.05 A g-1时,质量容量为522 m Ah g-1(0.287 m Ah m-1)。另外,500 m A g-1电流密度下循环600圈,容量依旧保持374 m Ah g-1(0.206 m Ah m-1)。为了进一步解释一维材料在石墨烯纤维制备过程中杂化作用的原理,纺制石墨烯/银纳米线（r GO-Ag）纤维作为对照,揭示了一维碳基材料在提高石墨烯基纤维线容量方面的巨大作用。（2）氧化锡原位沉积石墨烯杂化纤维的构筑及其用于F-LIBs的研究。通过一维CNT碳材料作为石墨烯纤维的杂化材料来抑制石墨烯片层的堆叠,暴露更多的活性位点,可显著提升石墨烯纤维的线容量。为了进一步提升纤维的理论容量,通过添加高质量容量的活性材料（如金属氧化物）则可进一步提升纤维的线容量。将GO均匀分散于去离子水中作为纺丝液,以壳聚糖水溶液作为凝固浴连续纺制GO纤维并将其浸泡于Sn Cl2的盐酸/氨水溶液中进行原位还原沉积,通过后续的洗涤、干燥和热处理,获得层层堆叠的r GO-Sn O2杂化纤维,对纤维的物理性能进行表征,氨水添加量提升,石墨烯杂化纤维片层间距、Sn O2含量逐渐提高,而比表面积和纤维强度则逐渐降低,这是由于氨水的加入提高了还原溶液的p H,使得GO纤维在溶胀过程中内部片层间静电相斥作用力增强,造成相邻片层拥有更大的间距。对r GO-Sn O2纤维的电化学性能进行测试,在半电池测试中,随着氨水含量的增加,纤维状电极的容量先增大后减小,循环稳定性则逐渐降低,当氨水添加量为0.6 m L时,r GO-Sn O2杂化纤维具有最为优异的循环和倍率性能,0.1 A g-1电流密度下,线容量达到1.35 m Ah m-1,循环100次后线容量保持1.16 m Ah m-1,电流密度增至5 A g-1时,其线容量达到0.312 m Ah m-1,表明活性材料氧化物的添加将有效提高纤维状电极的线容量。以氨水添加量为0.6 m L时制备的r GO-Sn O2杂化纤维作为负极材料,Li Fe PO4/碳纤维作为正极材料,探究该杂化纤维在全电池中应用的可行性,在50 m A g-1的电流密度下循环50次,其线容量为0.51 m Ah m-1,且该电池在各种弯折条件下仍旧保持良好的电流输出。本章发展了活性材料金属氧化物在石墨烯片层之间精准负载的方法,揭示了石墨烯与功能组分杂化的原理,制备了具有高线容量且循环稳定的石墨烯/金属氧化物杂化纤维。（3）多孔石墨烯-碳纳米管-氧化锡纤维的构筑及其用于F-LIBs和钠离子电池（F-SIBs）的研究。Sn O2作为活性材料将有效提升纯石墨烯纤维电极的线容量,为了实现更高的线容量,需进一步提高石墨烯纤维的线密度,即增大纤维直径,但随着纤维状电极越来越粗,电解液在纤维内部的扩散将受到更大的阻力,从而使得内部活性材料难以与电解质接触而导致容量的损耗,因此,如何构建合理的纤维微观结构,在直径不断增加时,仍旧保持较大的线容量将是本章需要解决的主要问题。将GO、CNT和Sn O2纳米粒子在水溶液中充分分散后获得纺丝前驱体,以壳聚糖水溶液为凝固浴,湿法纺丝得到GO-CNT-Sn O2凝胶纤维,通过后续的冻干、水合肼还原以及冷压处理获得多孔的扁形r GO-CNT-Sn O2（PP-GCS）纤维,冻干赋予了纤维贯穿多孔的微观结构使得线容量增大时电解液在内部的快速扩散得以保证,冷压过程则实现了纤维内部片层的取向重排而使多孔纤维具备优异的柔性,相较于常规r GO-CNT-Sn O2（C-GCS）纤维和多孔r GO-CNT（PP-GC）,r GO-Sn O2（PP-GS）纤维,该纤维作为负极材料组装成F-LIBs的电化学性能更为优异,在0.1 A g-1的电流密度下循环100次,其容量保持17.43 m Ah m-1,1 A g-1条件下循环500次,容量保持9.12 m Ah m-1。并且,随着纤维线密度不断增大,该柔性电极的质量容量并未发生明显衰减,其线容量却不断提升,当纺丝速率为900μL min-1时,所制备的PP-GCS纤维在0.1 A g-1的电流密度下最高线容量达到47.78 m Ah m-1。进一步将PP-GCS纤维作为负极材料组装成F-SIBs,在0.05 A g-1电流密度下,其线容量达到15.74 m Ah m-1,在且在多次弯折下仍旧保持良好的柔性特征,有望在下一代高线容量柔性可穿戴储能器件中获得广泛应用。本章发展了冷压驱动石墨烯多孔纤维的方法,实现了线密度和线容量之间的线形增长关系,制备了具有更高线容量、循环稳定且柔性的多孔石墨烯杂化纤维。