文献综述
一、引言
人类社会的发展与能源的开发利用有着密不可分的关系。以石油、煤炭、天然气为主的化石能源是目前人类的主要能源。但是这些化石燃料日益枯竭，同时这些传统能源消耗过程中带来了严重的环境污染，如燃烧造成的废气排放和温室气体排放等，这使得能源储备和环境污染成为阻碍当代社会发展的两大难题。在机械储能、电磁储能、相变储能和电化学储能等几种的清洁能源的储存形式中，电化学储能技术能够将化学能通过化学反应转化为电能进行储存。由于高效性和普适性，电化学储能技术成为目前研究最多和应用最广泛的一种能源存储方式。锂离子电池是21世纪理想的绿色环保能源，自问世以来，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动汽车、卫星航天等多个领域。而锂离子电池进一步的广泛应用需要开发更高性能的电极材料以提高比容量同时降低成本。
二、锂离子电池简介
锂离子电池主要是指以可供锂离子嵌入和脱嵌的物质作为正、负极的二次电池。锂离子电池的结构一般包括以下部件：正极材料、负极材料、电解液、隔膜、电池壳。锂离子电池具有显著的优越性，具体表现在以下几点[1]：比能量高、工作电压高、自放电功率低、无记忆效应、操作温度范围宽、安全性能优良、循环寿命长、无环境污染。此外，目前锂离子电池也存在一些如成本高和一定的安全隐患等方面的不足。
电极正负极的性能在锂离子电池的电化学性能方面起着至关重要的作用，因此现代研究主要集中在比容量高、稳定性强、循环寿命长的电极材料，负极材料作为锂离子电池的核心组成部分，决定着电池容量的高低，对电池的进一步发展起着关键的作用，因此研究和制备高比容量的可逆嵌脱负极材料是锂离子电池成功的关键。目前传统的石墨负极材料的理论比容量仅为372mAh/g，这远远满足不了社会的发展需求。研制出一种容量高且性能稳定的负极材料变得尤为重要。在各种锂离子电池的负极材料中，碳材料具有低能耗、环境友好、热稳定性和电导性强等方面优势，使得碳材料是目前锂离子电池中应用最广泛的一种负极材料[2]。人们对碳材料做了很多研究工作，从无定型碳到天然石墨，由于受到理论比容量（372mAh/g）的限制，碳负极材料的比容量很难进一步提高。金属氧化物与合金具有较高的容量，这引起科研人员的极大兴趣，如SnO2、CoO、CuO、SnCu、SnNi、SnCo，但这些金属化合物的循环可逆性很差，故需要与碳材料进行复合，制备出性能更好的锂离子负极材料。Ren等[3]通过化学气相沉积制备出SnO／CNT复合材料，[4]最初的的放电和充电量为11 71 mAh/g和789 mAh／g，经过80个循环，嵌锂容量仍在500 mAh／g。Par等[5]经过还原沉积将纳米SnSb颗粒包覆在碳纳米管上，形成复合材料，经过50个循环，嵌锂容量仍在450mAh/g。此外，人们还发现通过杂质元素（N、F、B等）[6-8]掺杂可以有效提高材料的电化学性能。Geng等[7]设计了一种F掺杂的C包覆型中空Fe3O4中空球，材料在0.1C倍率下循环70次后可逆比容量930mAh/g，在0.2C倍率下循环20次后比容量仍保持800mAh/g，这归因于F/C元素对Fe3O4纳米颗粒的包覆不仅提高了电化学反应动力学和SEI膜的结构稳定性，还抑制了Fe3O4纳米颗粒的团聚和体积变化。
三、碳化细菌纤维素（CBC）
细菌纤维素（BC）是由微生物合成的纤维素，在常见的微生物中，木醋杆菌是一种生产效率高、发现最早、研究最多的BC产生菌。利用木醋杆菌发酵得到的纤维素是由吡喃型葡萄糖单体（beta;-D-葡萄糖）通过 beta;-1,4-糖苷键连接而成的一种无分支、大分子直链聚合物(图1-1)，且直链间彼此平行，不呈螺旋构象，无分支结构。
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