本成果属于新材料技术领域的应用基础研究。

开发新型电池体系和高比容量电极材料是新能源电池产业发展的关键。实现具有优异电化学性能的柔性电极材料低成本制备，是新型电池在柔性可穿戴电子设备等领域实现应用的前提。研究团队结合Hummers化学法（化学氧化插层-低温膨胀-化学还原技术）和物理法（真空抽滤技术），成功开发出厚度可控的石墨烯基柔性膜制备技术，也实现了其他石墨烯复合材料的制备。石墨烯及其柔性复合膜的技术指标为10-30mm范围内厚度可控，膜内复合物颗粒20-100nm范围内大小可控，复合物的分布及50%-80%含量可控，膜比表面积达70m²/g、孔容积达0.33cm³/g及以上；同时还开发出了石墨烯等碳基复合电极材料的制备技术；自行设计、研制了高能锂电池、锂电负极等安全保护结构及器件。在成功实现石墨烯柔性膜及复合材料制备技术的同时，研究团队还探讨了其应用于水系锂/钠离子电池、锂离子电池、锂硫电池的电化学性能及储能机理。

在水系锂/钠离子电池研究与应用方面：研究团队开发出石墨烯基锰酸钠、石墨烯/碳纳米管/锰酸锂等8种二元、三元柔性膜或复合材料。其中电极材料技术指标：锰酸钠复合正极比容量>80mAh/g，锰酸锂复合正极比容量>120mAh/g，柔性膜厚度可在15-25mm，粉体复合材料振实密度>0.8g/cm³。开发了Swagelok接管电池技术，首次将石墨烯-锰酸钠柔性膜应用于成功构建的Na₄Mn₉O₁₈//(Na⁺, Zn²⁺)//Zn新型水系钠离子电池体系中。

在锂离子电池、锂硫电池研究与应用方面：研究团队利用原位合成技术、熔融技术开发了包括石墨烯/MnO₂、石墨烯/MnO₂/S、石墨烯/ZnO、氮掺杂石墨烯/ZnO、石墨烯/碳纳米管/S、石墨烯/聚吡咯/S、La₂O₃/S、ZIF-C/S等多种锂电负极、锂硫正极复合材料。技术工艺简单，对设备要求低、酸耗和能耗低，适合于电极复合材料的批量制备。复合材料比容量均可达到1000mAh/g以上，容量发挥为传统电极的2-3倍。

在复合材料储能应用机理研究方面：（1）研究团队以锂盐、锌盐水溶液为电解液，锌片对负极构建新型水系锂/钠-锌复合电池石墨烯-LiMn₂O₄//(Li⁺, Zn²⁺)//Zn、石墨烯-Na₄Mn₉O₁₈//(Na⁺, Zn²⁺)//Zn，此复合电池成功避开了充放电过程中水的析氢、析氧电化学窗口，实现正极Li⁺ (Na⁺)嵌入与脱出、负极Zn²⁺溶解与析出的复合式充放电机理。（2）研究团队详细分析了系列电极复合材料于不同充放电条件下微观结构和电化学行为差异，探明了复合材料的结构参数与其电化学行为之间的内在关联，揭示了石墨烯等对Li₂Sn等电极活性物质的物理吸附与聚吡咯、氧化石墨含氧官能团、MnO₂等金属氧化物的化学吸附之间的协同作用机制，确立了基于石墨烯等碳材料的柔性膜及复合材料在改善电极电化学性能上的机理。

在电池安全保护结构及设计方面：研究团队与安康当地企业等开展了深入合作。针对现有锂离子电池的安全隐患问题，开发设计了电池安全保护结构。采用防护壳体、减震机构、横竖隔板、环绕绝缘挡板、防撞装置等机构，增加锂电池的使用寿命；采用保护箱、散热仓、发电控制箱、支撑电路板等机构，减少电池故障率，提高电池充电效率；利用乙醇发电机进行间歇发电，提高发电效率，减少资源浪费；通过顶部和底部机构设置，提高电池保护效果，减少电池之间的碰撞，提高电池减震效果和安全稳定性。