21世纪以来,随着便携式电子设备及动力电池的迅猛发展,开发能量及功率密度更高、尺寸小、重量轻、成本和循环寿命长的锂离子电池具有重要的意义。作为锂离子电池的重要部件,目前商业的石墨负极材料由于理论比容量低(372 mAh g-1),已无法满足高能量、高功率密度的要求。因此,发展高性能、低成本的负极材料成为迫切需要解决的问题之一。近年来,具有可再生、可持续及来源广泛等优势的天然生物质资源被广泛应用于制备生物质衍生碳及其复合材料,并展现出高比容量、优异的循环和倍率性能。然而,受限于生物质成分组成复杂及固有微观形貌结构,生物质衍生碳的灵活性以及与其他活性材料多样性组合的能力较差,限制了其储锂性能的进一步提升。因此,结构灵活、组合多样的生物质碳基材料的制备对推动低成本、高性能锂电池负极材料的研究与应用具有重要的意义。本论文以生物质碳基材料的构筑及其储锂性能为研究主题,主要开展了如下三个工作:(1)生物废弃物的处理和回收利用对环境保护和可持续发展具有重要意义。以生物废弃物蛋壳膜为原料,采用“吸附碳化”的方法,原位制备C纤维负载纳米FeS的复合材料。作为锂离子电池负极材料,C纤维的交织结构可以提高导电性,抑制FeS纳米粒子在循环过程中的聚集和体积膨胀。复合材料在0.2 A g-1电流密度下循环100次后保持503.5 mAhg-1的可逆容量,并且表现出良好的倍率性能。更为重要的是,这个方法可以进一步拓展以用于合成各种各样的碳/金属硫化物复合材料。(2)为实现生物质碳材料结构的灵活设计,采用液态胶质的蛋清蛋白为前驱体,氯化钠为模板,采用冷冻干燥和碳化相结合的方法合成了分级多孔炭材料。通过改变氯化钠的浓度,调节蛋白质的盐溶和盐析状态,从而控制多孔碳的分级结构、表面积和孔径分布。结果表明,该材料呈现内含立方介孔的三维蜂窝状网络,比表面积高达1745.64m2g-1。作为锂离子电池的负极材料,在0.2Ag-1下100次循环后具有1131 mAhg-1的可逆容量,具有良好的倍率性能,在10Ag-1的高电流密度下1000次循环后具有553 mAhg-1的可逆容量。这为制备具有优良电化学性能的高性能多孔碳材料提供了一条环保、低成本的途径。(3)在本文第四章的研究基础上,发展了一种生物质碳/过渡金属氮化物复合材料的原位氮化制备方法。在冷冻干燥前驱体中引入Fe3+源,高温碳化过程中蛋清蛋白质中的含氮氨基酸分解产生NH3,与体系中的Fe3+反应生成纳米Fe3N,同时蛋白质中的碳源经高温转变成碳材料,水洗去除NaCl模板后获得纳米Fe3N嵌入于分级多孔碳中的C/Fe3N复合材料。该材料用于锂离子电池负极材料,具有优异的电化学性能,在电流密度为0.2 A g-1时,经过150次循环后容量仍保持为1007 mAhg-1,同时在5A g-1的电流密度下,经过1500个循环,可逆容量达444.8mAh g-1,表明其在高电流密度下具有优异的长循环稳定性。这种新的合成方法具有很好的灵活性,且能实现生物质炭与过渡金属氮化物多样性组合,为实现锂离子电池负极材料的低成本、绿色合成提供了一个新的思路。