在化石类能源储量日益减少的今天,大力发展锂离子电池具有十分重要的意义。相对常用的石墨负极材料而言,硬炭负极具有更高的可逆容量和优异的倍率性能,如果能克服不可逆容量高和首次库伦效率低等缺点,硬炭负极的前景会非常广阔。硬炭来源丰富且成本低,自然界中的大部分植物都能作为其前驱体。植物主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,其中纤维素是最容易产生硬炭的物质。本文选择纤维素含量接近100%的棉花作为硬炭的有效前驱体。本文以棉花作为前驱体,对棉花硬炭开展了硼酸催化、与金属氧化物复合、预嵌锂等改性研究,从而改善硬炭负极的首次库伦效率、倍率性能、循环稳定性能和降低不可逆容量等。论文取得的研究结果如下:（1）以硼酸作为催化剂对棉花硬炭进行掺杂改性研究。结果表明,所得棉花硬炭具有明显的微米纤维特点,硼原子主要掺杂在硬炭纤维表面。硼酸催化使硬炭的碳层间距减小,部分碳层变得更加有序、形成了石墨微晶;其作为催化剂,硼酸明显加速了前驱体的碳化过程。硼酸催化显著提高了硬炭负极比容量、倍率性能和循环性能。当硼酸中的硼原子与前驱体中的碳原子的比例为2.5%时,硬炭负极的首次可逆容量最高,达到526.8 mAh·g^-1;在1500 mA·g^-1的大电流密度时的容量也有196.6 mAh·g^-1,在电流密度为300 mA·g^-1时循环200次后的容量保持率高达94.1%。其综合性能在本论文中是最好的。（2）氯化锌可以渗透到棉花内部,经过高温烧结后成功制备了氧化锌与硬炭的复合材料。该复合材料表面覆盖了ZnO,其中的硬炭无序度有所增加。当氯化锌与棉花的质量比为0.2时,复合材料的比容量最高,达到464.0 mAh·g^-1。经过预嵌锂处理后,复合材料的可逆容量可达524.6 mAh·g^-1、首次库伦效率提升到75.3%,电化学性能有了明显的提高。（3）氯化锡主要吸附在棉花表面,经过高温烧结后获得二氧化锡与硬炭的复合材料。复合材料中没有其它的杂相,反应生成氧化锡的同时也会形成盐酸,从而使得复合材料中的硬炭的无序度有所增加。当氯化锡与棉花的质量比为0.3时,复合材料的可逆比容量是本论文中最高的,达到了677.2 mAh·g^-1。预嵌锂后,复合材料的首次可逆容量达到804.4 mAh·g^-1,首次库伦效率提升到79.2%,可见预嵌锂处理在提高硬炭负极的首次库伦效率和首次可逆容量方面具有重要的作用。