由于对储能器件能量密度逐渐提出更高的要求,发展高性能锂电池用电极材料成为目前储能领域的研究热点之一。负极材料作为锂电池的关键组成部分,对提高锂电池的能量密度有显著的作用。因此,高容量合金负极材料（硅、磷、锗、锡等）及锂金属负极成为目前锂电池用负极材料的研究焦点。负极材料复合结构调控将有效提升其电化学储锂性能,是实现兼具高能量密度和高功率密度的电化学存储器件的有效途径。本文以锂电池负极材料为研究重点,通过多级次碳骨架结构的精确调控,实现负极材料电化学储锂性能的显著提升,并运用不同的表征测试手段对材料进行微观结构调控以及电化学性能研究,探究多级次碳结构与其电化学储锂性能的构效关系。主要研究内容如下:（1）随着动力电池等领域发展对锂电池能量密度不断提出的新要求,具有较高理论比容量的硅负极(Li15Si4:3579 m Ah g-1)成为目前极具发展前景的负极材料之一。然而,在充放电过程中,巨大的体积变化导致材料结构粉化进而引起容量迅速衰减、循环寿命差等诸多问题,极大限制了其商业化发展进程。基于以上问题,本文采用纳米结构工程策略,利用硅纳米颗粒、聚丙烯腈和氧化石墨烯构建集成电极结构,结合低温退火,实现环化聚丙烯腈桥联的硅纳米颗粒和还原氧化石墨烯电极结构,构建了三维多级次碳骨架,类比于钢筋混凝土结构。该策略有效改善电极结构稳定性并建立高效电子和锂离子（电荷）传输网络,不仅有效提高电极结构的稳定性,而且通过高效电荷传输网络的构建,实现了倍率性能的显著提升。制备的Si/r GO/c PAN电极具有良好的综合性能,包括优异的机械性能、良好的循环稳定性和较高的面容量。这种新颖的电极设计理念有望促进硅负极的实际应用,并为开发其他高性能电池的高容量负极开辟了新的途径。（2）金属锂以石墨负极10倍的理论比容量(3960 m Ah g-1)以及最低的氧化还原电位（3.04 V）而被誉为下一代可充电电池的“圣杯”,但是由于锂的不均匀沉积导致锂枝晶的不可控生长,不仅使其存在热失控、火灾,甚至工作电池爆炸等严重安全隐患,而且新鲜暴露的锂会不断消耗电解液,导致较差的循环稳定性,严重阻碍了锂金属负极在可充电电池中的实际应用。为了解决上述提到的锂金属负极存在的问题,我们利用废旧棉布构建了一种多级次三维碳布集流体,以此作为锂金属宿主来缓解锂金属负极在长循环过程中的体积变化,主要原因如下:首先,在碳布纤维表面有大量的成核位点,可以诱导锂金属均匀沉积,抑制枝晶的产生,防止电池短路;此外,碳纤维的多孔结构以及碳纤维优异的导电性使得锂金属的沉积不只发生在表面,而是可以向纤维内部沉积,这使得我们所制备的多孔三维集流体可以作为高锂负载的稳定宿主,有利于减少体积的变化,降低体积波动,提高锂金属电池的安全性。受益于优异的结构设计,该电极不仅在小电流密度下能够实现稳定循环,而且在大电流密度以及超高面容量下也表现出优异的电化学储锂性能。这种新颖的电极设计理念的提出,不仅有利于加速推进锂金属负极的应用进程,而且促进了废弃生物质碳价值化应用研究。