绿色能源电池已被广泛应用于人类各方面生产生活中,小到日常生活的手机、笔记本电脑,大到生产中维持运作的储能、转换电站等都离不开绿色能源电池,锂离子二次电池因锂在地壳中含量丰富、成本较低等优点已成为近年来的发展重心。而负极材料作为锂二次电池中决定电池容量、稳定性、安全性、使用寿命的重要组成部分,开发具有高比容量、高能量密度的负极材料是目前锂离子电池材料研究发展的关键。硅基负极材料的理论比容量可以达到4200 mAh/g,但其存在巨大的体积膨胀,导致大规模商业化应用受到了限制。本文以复合化方式在硅单质材料中引入碳纳米管与MXene二维片层材料,构筑了硅基复合材料MXene/CNTs/Si作为锂电负极,在抑制硅体积膨胀的同时,提高了硅基负极材料的电化学性能。本文基于基础体系,对纯硅纳米颗粒作负极时的锂离子电池材料的组成进行了讨论,并计算模拟了硅单胞结构对Li+嵌入的体积变化。研究发现纯硅负极嵌锂时体积膨胀明显,但是具有较小粒径的纳米硅颗粒、以羧甲基纤维素钠为粘结剂、含有5%氟代碳酸乙烯酯添加的LiPF6电解液组成的锂离子电池具有较小的内阻、较优的循环稳定性以及倍率性能。电池材料组成的选择一定程度上优化了纯硅负极在充放电过程中产生的体积膨胀、容量损失。在上述研究基础上又对硅单质与碳纳米管不同配比、不同合成方式进行了探讨。最佳配比、最优合成方法制备的硅碳纳米管复合材料循环性能优异、倍率性能高,较纯硅负极材料的电化学性能提升显著。碳纳米管将硅纳米颗粒包裹、穿插,有效减小了纯硅负极的体积膨胀及较差的导电性。通过一系列层层递进的实验,将合成方法、最优配比的硅碳纳米管复合材料通过超声、抽滤的方法与MXene进行复合,成功制备了“三明治”型的MXene/CNTs/Si复合薄膜柔性材料。三维层状结构有利于限制硅的体积膨胀,也为缩短锂离子的传输路径提供了通道,该材料可直接作为锂离子电池负极,提高了电极材料活性物质的利用率,使硅基碳纳米管MXene复合材料具有更优异的电化学性能。