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木质素（Lignin）是一种天然富含芳香结构的高分子聚合物,以700亿吨/年的速度再生,储量仅次于纤维素。工业木质素主要来源于制浆造纸黑液和生物炼制残渣,其高含碳量、高芳香性和高热值等特点是构建多孔碳材料的理想碳源。锂离子电池（LIBs）具有开路电压高、能量密度大、自放电小等优点,被认为是现代材料和新能源科学的经典能源。多孔碳材料具有高于石墨23倍的理论容量,其发达的孔隙结构更有利于锂离子的传输,有望替代石墨电极以满足大功率动力电池的需求。然而,多孔碳材料的无定型结构和亚微孔结构导致其作为负极材料存在首次库伦效率低、电压平台不显著、循环性能差等问题。因此,如何利用木质素构建特殊微结构的木质素基多孔碳（LPC）并应用于锂离子电池负极中,对于实现工业木质素的高值利用,具有重要的理论意义和实用价值。本论文以工业木质素为原料,通过化学活化法构建不同微结构的木质素基多孔碳,研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。首先,利用常用的钾化合物作为活化剂,构建出具有良好储锂性能高石墨化LPC,并阐明钾化合物对木质素的碳化活化机理;其次,选取不同种类的工业木质素作为原料,借助热分析、N2吸/脱附、Raman等手段来揭示木质素结构特征（分子量、官能团种类和含量等）对其碳化活化过程、LPC微结构和储锂性能的影响机理;在此基础上,为了降低LPC的比表面积和微孔率,提高介孔和大孔比例,设计具有低温气相剥离-自模板作用的活化剂来构建分级多孔LPC,提高了LPC的首次库伦效率和体积比容量;最后,为了进一步改善LPC负极存在的首效低、不可逆容量高和循环稳定性差问题以及拓展其应用,分别依据木质素两亲性、高芳香性等特点和LPC多孔性的特点制备木质素碳/碳纳米管复合材料（LPC/CNTs）和木质素碳/二氧化锡（LPC/SnO2）复合材料,得出主要结论如下:（1）以酶解木质素为主要研究对象,选取KOH、K2CO3、K2C2O4和K3PO4为活化剂,研究活化剂对LPC微结构的影响及LPC的储锂性能。利用TG、N2吸/脱附、Raman、XRD、TEM等对木质素碳化活化过程和LPC微结构进行测试,结果表明四种活化剂对木质素的活化作用规律如下:K2CO3>KOH>K2C2O4>K3PO4。相比其他三种活化剂,K2CO3表现出独特的活化作用,在900℃左右K2CO3达到初始分解温度,木质素达到活化温度,两者经气相剥离和碳层重排取得协同活化效果,得到高比表面积、高石墨化程度的层状结构LPC。相比常规的KOH活化,K2CO3活化所得LPC的特殊微结构有利于锂离子的传输和存储,表现出优异的储锂能力,包括高比容量(200 mA·g-1下循环200次保持494 mAh·g-1)、高倍率(1 A·g-1下循环600次保持249 mAh·g-1)和高循环稳定性等,是商业石墨负极的1.5倍。（2）选取四种不同种类的工业木质素为原料,采用K2CO3为活化剂,借助TG、N2吸/脱附、Raman等表征技术重点研究木质素结构特征对LPC微结构以及电化学性能的影响。测试结果表明:木质素的高氧/碳值有利于促进K2CO3对木质素活化造孔得到高比表面积,但是不利于石墨化度提高;高分子量和低氧/碳值有利于促进钾原子对LPC碳层的重排,使得LPC具有高的石墨化度并保持多孔性。进一步,对酶解木质素进行烷烃桥联改性提高分子量,碳化所得LPC的石墨化程度显著提高。烷烃桥联改性所得更高石墨化的LPC可为锂离子的存储提供更多的活性位点,作为LIBs负极材料相比于改性前碳化所得LPC的首次库伦效率和可逆放电比容量分别提高了14%和5%。（3）基于开发无腐蚀性活化剂制备分级多孔LPC的目的,利用热分析技术,根据木质素的热解特征,开发出具有低温绿色可回收的气相剥离-自模板活化剂—ZnCO3。与同类低温分解活化剂不同的是ZnCO3在木质素热解前期（300℃）发生分解生成的CO2对木质素颗粒起到气相剥离作用,原位生成的纳米ZnO颗粒（810 nm）为形成介孔结构提供模板,600℃碳化活化得到颗粒约为200 nm的分级多孔LPC。纳米级颗粒和多孔结构有利于减小材料与电解液的接触面积,提高锂离子和电子传输速率,增加储锂活性位点。ZnCO3活化所得LPC相比于K2CO3活化所得LPC的首次库伦效率和可逆放电比容量分别提高了17%和4.5%;另外其体积比容量为730 mAh·cm-3远远高于K2CO3活化所得LPC的454mAh·cm-3和ZnCl2活化所得LPC的162 mAh·cm-3。相比ZnCl2和K2CO,ZnCO3活化剂具有无毒、无腐蚀性、可回收及普适性。（4）针对K2CO3活化所得LPC存在的比表面积过高、微孔率高和结构稳定性差的问题,采用一种简单、绿色、低成本的疏水自组装和原位碳化活化法,将碳纳米管（CNTs）引入到LPC中,获得具有层状结构的自支撑LPC/CNTs复合材料。借助N2吸/脱附和TEM技术研究了CNTs对LPC微观形貌和孔结构的影响,设计构建一系列不同比例的LPC/CNTs复合材料,将LPC的孔道结构由微孔型调整为介孔型且保留LPC的高石墨化度。CNTs增强了LPC的结构稳定性,降低了微孔率,有利于锂离子的快速传输并缩短其传输距离,在300次循环后,LPC与CNTs比例为5:5的复合材料可保持614 mAh·g-1的放电比容量和优异的倍率性能,相比LPC和CNTs分别提高了24%和192%。（5）为了缓解金属氧化物负极在充放电过程中体积膨胀的问题,选用二氧化锡（SnO2）为研究对象,利用简单的超声分散-球磨法制备一系列LPC/SnO2复合材料。分别以K2CO3活化所得高石墨化LPC和ZnCO3活化所得分级多孔LPC作为碳载体,对比研究不同微结构LPC对复合材料的微结构和电化学性能的影响。XRD、N2吸/脱附、SEM测试结果表明LPC与SnO2比例为7:3时复合材料颗粒大小均一,分级多孔LPC更有利于降低复合材料的颗粒大小。分级多孔LPC的复合材料循环100次后保持574 mAh·g-1的可逆放电比容量,高于高石墨化LPC制备的复合材料的388 mAh·g-1。分级多孔结构可以使SnO2进入碳载体孔道内部甚至碳层中,有利于缓解充放电过程的体积变化,减少SEI膜的生长,抑制锡颗粒的团聚。本工作对于拓宽LPC的应用领域和实现LPC负极工业化具有重大指导意义。