锂离子电池具有绿色无污染、高功率密度和长循环寿命等优点,广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机和电动汽车等产品。因为传统的商业石墨负极的低理论容量特性难以满足各种电子产品对于锂离子电池日益增长的高能量和高功率器件的要求,所以生物质因其具有的价格低廉、分布广范和环境友好等特点而作为炭材料前驱体具有非常大的优势前景。但是由于生物质具有多样性,所以需要独特的材料设计才能使生物质炭材料发挥出更有潜力的作用。本文中用到的炭材料的处理方式具体有:多种杂原子掺杂、构造纳米结构和与高容量的过渡金属材料复合等。本文的创新点在于以不同的生物质原料作为炭材料的前驱体,通过巧妙的处理方法来制备生物质炭材料及其复合材料。而且运用了多种测试手段对生物质炭材料及其复合材料进行形貌、结构和成分等多方面的表征和分析。本文重点研究了生物质炭材料作为锂离子电池负极时的电化学性能,探究了炭材料的成分、结构等因素对于电化学性能的影响。本文主要的研究内容及结论如下:（1）杂原子自掺杂的生物质炭材料的制备及电化学性能研究本章以富含杂原子的鸡蛋蛋清作为生物质炭材料的前驱体,通过简单的一步碳化法制备多种杂原子自掺杂的生物质炭材料（杂原子的掺杂既可以提高材料的电子传导性,也可以为电极材料带来丰富的活性位点）。本章重点探究了不同处理温度对生物质炭材料的多种杂原子（O,N和S）掺杂量及掺杂种类的影响,和电化学性能的影响。研究发现,在600 ^oC碳化得到的生物质炭材料具有最优异的锂离子存储性能。主要包括高的可逆容量(100 mA g^-1下循环80圈保持567.5 mA h g^-1)和优异的容量保持率（104.8%）。而且这个温度处理的生物质炭材料还具有出色的钠离子存储性能(在100mA g^-1下可逆容量为226.8 mA h g^-1)。（2）二维生物质多孔炭纳米片的制备及电化学性能研究本章以天然干丝瓜作为生物质炭材料的前驱体,在高温预碳化的基础上利用空气退火的剪切和剥离作用制备二维的生物质多孔炭纳米片,这种方式得到的多孔炭纳米片的表面积是未空气处理的20倍以上。此外,空气诱导活化过程中还引入了大量的含氧官能团,带来了一定量的赝电容贡献。研究结果表明,通过350 ^oC空气退火活化处理得到的生物质炭材料具有超高的比表面积和孔体积以及优异的分级多孔结构。这种方式处理的生物质炭材料不仅为离子和电子提供了大量的快速传输通道,提高了电荷转移效率,而且具有非凡的锂离子存储性能(100 mA g^-1下循环100圈保持742.8 mA h g^-1)和良好的容量保持率。（3）柔性生物质炭基MC/NiCo₂O₄复合材料的制备及电化学性能研究本章以植物纤维面膜作为生物质炭材料的前驱体,通过预氧化处理来提高面膜的稳定性,然后再高温碳化,探究碳化温度对柔性生物质炭材料（MC）的影响。随后以面膜衍生的柔性炭材料作为基底,水热及退火制备二维的钴酸镍纳米片,然后得到柔性MC/NiCo₂O₄复合材料。本章重点研究了水热时间对钴酸镍纳米片在生物质炭材料基底上形貌和分布的影响。结果表明水热时间为8小时,二维的钴酸镍纳米片生长的均匀且致密,形成了稳定的三维互通网络结构。此时的MC/NiCo₂O₄复合材料不仅具有良好的柔韧性,而且还具有优异的锂离子存储性能(在100 mA g^-1下循环80圈保持1130 mA h g^-1的可逆容量)。（4）柔性花状生物质炭基MC/MoS₂复合材料的制备及电化学性能研究本章以碳化的植物纤维面膜作为柔性基底,通过水热生长二维的二硫化钼纳米片,制备柔性的MC/MoS₂复合材料。重点研究了水热时间对二硫化钼纳米片的生长和分布情况的影响,以及二硫化钼在水热过程的相转变（1T到2H）。研究结果表明,水热时间为9小时的MC/MoS₂复合材料具有良好的柔韧性且二硫化钼纳米片生长量最多且为1T/2H的复合相。该状态下的MC/MoS₂复合材料在作为锂离子电池负极时具有优异的电化学性能(在100 mA g^-1具有4.03 mA h cm^-2的稳定可逆容量)。