硅基材料因其超高的理论比容量（3587 m Ah/g）、合适的电压平台以及储量丰富等优势,成为了锂离子电池理想的负极材料。但是硅基材料充放电过程中体积变化较大,这会引起材料粉化、活性物质脱落以及SEI膜破碎和重组等问题,进而导致电池失效。通过硅碳复合的方式是解决上述问题的有效方式,一方面碳材料可以作为基体保证电极材料的导电性,另一方面碳材料还可以缓冲硅基材料的体积膨胀,因此设计不同结构的硅碳复合材料成为当下研究的重点。本论文首先通过优化实验条件制备了一种循环稳定性较好的硅碳复合材料,随后利用预锂化提高了该材料的首次库伦效率,为基于硅负极的全电池能量密度和循环性能提升提供了良好的实验基础。首先以纳米硅、玉米秸秆、沥青为原料,构建了一种硅/硬碳/软碳复合材料。小粒径的纳米硅可以有效解决材料粉化问题,硬碳材料的孔隙结构可以缓冲体积膨胀,软碳则可以避免纳米硅与电解液的直接接触。利用Ca Cl2、KOH对玉米秸秆的碳化过程进行处理,可以得到不同孔隙结构的硬碳材料,其中Ca Cl2处理后的硬碳材料以介孔结构为主,进一步构建硅/硬碳/软碳复合材料得到了最优的电化学性能。这种硅碳材料首次可逆容量为969 m Ah/g,0.5 A/g的电流密度下经过100次循环后,容量保持率高达74.3%。进一步探究硅含量对材料电化学性能的影响,发现硅含量提升后,前几次循环的比容量有了明显提高,但是后续容量快速衰减,最终优化最佳的硅含量为20%。纯纳米硅的容量保持率仅为29.7%,而在相同的充放电条件下,本文中设计的硅碳材料显然具备更优的循环稳定性。由于硅碳材料的首次库伦效率较低,需要各种预锂化技术预先补充活性锂才能实现硅碳材料的商业化。化学预锂化因其操作简单等特性最有实用价值,但目前最常用的化学预锂化试剂为锂-联苯/乙二醇二甲醚（Li-Bp/DME）,受限于其氧化还原电位较高,在硅基负极上的预锂化效果较差。为了解决这一问题,本论文首次利用电解的方法,成功实现了Li-Bp/DME在硅基材料上的预锂化。以Cu为阳极,硅碳负极为阴极,Li-Bp/DME为电解液,在阴阳极之间添加锂片以抑制中间产物Bp分子从阳极传输到阴极,通过三电极体系来验证了这一方案的可行性。进一步通过调节电解电压可以调控硅基材料的预锂化程度。随着电解电压的提高,首次库伦效率有了明显提升,但是由于预锂化过程中不可逆产物的形成,导致了半电池的比容量有轻微下降。但在全电池中,经过预锂化后,比容量从80 m Ah/g提升到了110 m Ah/g,能量密度因此提升了37.5%。这种全新的预锂化方案可以通过控制电压来控制预锂化程度,相比于化学预锂化控制反应时间以控制预锂化程度的方法,这种预锂化方式显然要更加精确,有着良好的实用前景。