锂离子电池在过去的20年中已广泛用于便携式电子产品和混合动力汽车。商用石墨负极的较低的理论容量限制了它们在高性能锂离子电池中的应用。硅具有极高的理论比容量和低放电电压,被认为是下一代锂离子电池最有希望的负极之一。然而,巨大的体积变化和低电导率会导致锂离子电池的循环性能和倍率性能变差。鉴于此,本论文设计了金属铜层和碳层双包覆结构,缓解硅的体积膨胀和改善电极的导电性,提高电化学稳定性。(1)以乙酸铜为铜源,生成草酸铜沉淀附着在硅颗粒表面,氢气还原后得到核壳结构Si@Cu,随后包覆酚醛树脂,高温热解后形成Si@Cu@C复合材料。铜良好的机械性能可以缓解硅膨胀产生的应力,碳层在硅铜颗粒间形成导电网络,提供离子和电子传输通道,同时维持SEI膜的稳定。高温碳化时,硅铜会形成合金相,改善了界面结合力和导电性。在电流密度为100 mAhg-1,循环50圈后放电比容量达到1724.3 mAh g-1;在大电流1 A g-1下,循环100圈后仍然有1366.2 mAh g-1的可逆比容量,容量保持率达到83.5%。(2)多巴胺在Si@Cu颗粒上自聚合,包覆Si@Cu颗粒,碳化后得到Si@Cu3Si-Cu@Si复合材料。多巴胺热解后的碳层仍可保留氮元素,能提高碳材料导电性和电荷转移。良好的碳导电网络和金属铜的协同效应可以改善电子和离子传输速率。Si@Cu3Si-Cu@NC的循环性能和倍率性能十分优秀,在100 mAh g-1电流下经过50次循环后,其比容量仍能保持在1925.1 mAhg-1。硅铜合金相(Cu3Si)形成于硅铜两相界面,可以提高硅和铜层的界面强度,防止铜层脱离。在大电流密度5 A g-1下,循环100圈仍可保持1105.5 mAh g-1的比容量。(3)利用沉淀法合成Si@CuC2O4,将改性后的Si@CuC2O4和氧化石墨烯静电自组装,制备得Si@Cu@rGO复合材料。铜可以增强电极电荷转移动力学,并抑制Si纳米颗粒团聚。石墨烯纳米笼将Si@Cu纳米颗粒封装在内部,限制了其内部硅的极化和粉化。大片石墨烯不仅为核壳Si@Cu纳米粒子的扩展提供了缓冲空间,而且还提供了导电网络增强电极的电子导电性和柔韧性。铜壳和石墨烯片之间良好的协同作用改善了电化学性能。Si@Cu@rGO复合材料在200mAg-1时循环50圈后具有2095.2 mAh g-1的可逆容量。