最近,资源短缺和全球变暖问题的加剧,新型储能电池引起了研究者们的极大的关注。其中,Li-CO2电池因具有超高的理论能量密度和可解决温室效应的特点而在诸多体系中脱颖而出。然而,Li-CO2电池仍存在一些缺点,尤其是CO2还原（CO2RR）和释放（CO2ER）过程中动力学缓慢,会显著降低电池的能量效率和循环寿命。通常,阴极的结构和催化活性决定了Li-CO2电池的性能。因此,对阴极研究也是热点之一。本论文以天然的生物质材料为前驱体,通过一步碳化法制备了生物质碳材料,并通过改性,得到了具有三维自支撑多孔结构的Li-CO2电池阴极。将其应用在Li-CO2电池中表现出优异的电化学性能,具体的研究内容和结果如下:（1）以低廉的木棉为前驱体,通过一步成型碳化法和水热法制备了木棉碳纤维表面均匀负载超细Ir O2纳米颗粒的柔性阴极材料（Ir O2/CK）。得益于Ir O2纳米颗粒的高催化活性,Ir O2/CK显著提高了CO2RR/CO2ER。并且,Ir O2/CK独特的三维分级多孔结构可以促进电子转移和反应物的传输。Ir O2/CK的高比表面积也能够为催化剂（Ir O2纳米颗粒）的负载和Li2CO3的沉积提供足够的空间。因此,所制备的纽扣式Li-CO2电池展现出超过3200 h的超长循环寿命。此外,Ir O2/CK阴极还表现出由木棉赋予的优异的柔韧性。将其组装在柔性Li-CO2电池中,在不同弯曲状态下,该电池也可以稳定循环300 h。Ir O2/CK阴极的成功促进了柔性Li-CO2电池在可穿戴电子设备的发展。（2）以废弃梧桐树皮作为前驱体,通过一步碳化法和酸洗处理制备了具有“储液”式三维自支撑多孔结构的梧桐碳电极。梧桐碳电极中的自掺杂的氮（N）元素和自掺杂的硫（S）元素分别使梧桐碳电极中的电子分布不均匀和提高电子的自旋密度。并且,N元素和S元素可以产生强大的协同作用,进一步调整梧桐碳电极的表面极性和电子特性,进而提高梧桐碳电极的电催化活性。此外,梧桐碳电极的三维自支撑多孔结构可促进传质过程和放电产物的沉积。将其组装在Li-CO2电池中,放电容量为12.85 m Ah cm-1,循环寿命可达1320 h。梧桐碳电极的开发拓展了废弃生物质材料在Li-CO2电池领域的应用。（3）利用梧桐碳电极的“储液”特性,将可溶性催化剂（二茂钌,Ruc）储存在梧桐碳电极内,并将二者应用在准固态Li-CO2电池之中。以梧桐碳电极的“储液”特性作为桥梁,有效利用了Ruc可显著提高准固态Li-CO2电池的CO2ER和凝胶电解质可有效抑制Ruc穿梭效应的优势,二者相辅相成,显著提高了准固态Li-CO2电池的性能和安全性。该电池循环寿命可达2892 h。在凝胶电解质中加入FEC添加剂以增强锂保护的效果后,循环寿命可延长至4260 h,并且放电/充电平台仍能保持在2.7 V/3.9 V。“储液”式三维自支撑多孔结构的梧桐碳电极为可溶性催化剂在准固态Li-CO2电池的应用提出了一个新的策略。本文工作不仅为自支撑电极的设计和生物质碳的应用提供了思路,还为柔性Li-CO2电池,废弃生物质,准固态Li-CO2电池的开发提供了新颖的策略。