传统锂离子电池的实际能量密度逐渐接近其理论极限值,到达了发展的瓶颈期。具有较高比容量（3860 mA h/g）和较低还原电位（-3.04 V vs.标准氢电极）两大优势的锂金属负极是下一代高能量密度锂电池的首选负极材料。然而,锂金属电池在实际应用中存在与电解液的副反应、锂枝晶生长、体积膨胀等问题。于是,将质量轻、电导率高的碳材料作为三维骨架结合金属锂构建三维复合金属锂负极,可以增加离子扩散通道,提高负极导电性,缓解体积膨胀,有效提高了电极的稳定性和电化学性能。其中,来源广泛、结构多样的生物炭材料具有丰富的孔隙结构和表面官能团,十分具有应用前景。然而实际应用中非极性碳材料与锂的亲和力较差,不利于金属锂的均匀沉积。研究证明,利用亲锂性物质对碳材料进行改性可以为金属锂提供更多的形核位点,进而调控锂的沉积行为。本研究工作从负极的结构设计出发,选用生物质衍生碳作为限域金属锂的框架材料来展开研究,在其表面进行亲锂性涂层的修饰。通过电化学沉积方法将集流体与金属锂结合,降低了金属锂的形核过电位,调控了金属锂的沉积行为,得到了电化学性能优良的复合锂金属负极。本文的研究内容主要包括以下两个方面:（1）本文研究了几类具有不同形貌结构的生物质,通过碳化或者碳化活化联用手段,制备了棉籽壳菌渣炭、蚕沙炭、玉米秸秆炭和板栗壳炭一系列生物质衍生碳材料。通过SEM等表征分析,蚕沙炭（SC）具有独特的三维分级多孔蜂窝状结构和2254.6 m~2/g的较大比表面积,是金属锂的优良载体。通过进一步半电池库伦效率测试,发现SC/Li复合锂负极在四种生物炭中表现出更良好的电化学性能,可以稳定循环60圈后保持97%的库伦效率。因而后续的进一步改性都基于该种蚕沙炭来进行探究。针对碳基材料亲锂性较差的问题,本工作通过湿法化学和高温还原过程在蚕沙炭表面负载了过渡金属纳米颗粒（Co,Ni,Cu）。通过一系列表征和电化学测试证明粒径为50～70 nm的钴纳米颗粒提供了更多的形核位点,实现了金属锂的均匀沉积。SC@Co/Li对称电池可以稳定循环1000 h,过电位约25 m V。与Li Fe PO4正极匹配构筑的全电池在2 C的电流密度下稳定循环200圈以上,容量保持率为97.2%。电池性能的提升得益于过渡金属纳米颗粒的修饰,使得金属锂在集流体上更均匀的形核和沉积,有效缓解了枝晶的生长和体积膨胀,从而提高了电池的容量保持率和循环稳定性。（2）针对纳米颗粒修饰物在锂沉积过程中被覆盖的问题,本工作通过水热反应和高温煅烧的方法在蚕沙炭碳材料表面负载了Co3O4纳米片阵列（SC@Co3O4）。Co3O4与金属锂发生氧化还原反应提供了形核位点,独特的阵列结构为锂提供了更多的沉积空间。SC@Co3O4/Li对称电池在0.5 m A/cm~2电流密度下为呈现出40 m V的极化电压。即使在4 m A/cm~2的较大电流密度下,电压极化为150 m V。与Li Fe PO4正极匹配构筑全电池,在5 C电流密度下比容量高于100 m A h/g,具有良好的倍率性能,提高了金属锂负极的循环稳定性。