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硅基负极锂离子电池材料因其具有高的理论容量(4200mAhg-1)和较合适的脱-嵌锂电位(<0.5V)而成为最有希望的高容量负极材料之一。但硅基负极材料在电化学循环过程中,存在着巨大的体积效应,导致活性材料结构的崩塌和活性物质的脱落,从而造成了电极材料循环容量的严重衰减。为了解决上述问题,本研究论文首先探讨锂离子电极材料中粘接剂、导电剂种类选择和含量优化问题,又运用机械混合、喷雾干燥、高温热解三种方法制备了一系列硅/碳或硅/石墨/碳复合材料,最后研究了电解液添加剂对硅/碳复合材料电化学性能的影响。硅/碳复合材料可有效缓解硅在脱-嵌锂过程中的体积膨胀,从而提高硅负极的电化学性能。本论文重要研究结果如下：1.通过优化粘结剂在锂离子电池电极中的含量,对比不同导电剂和粘结剂对电池性能影响,找到获得锂离子电池硅负极材料最佳循环性能的实验条件。实验结果表明,当粘结剂的含量为20%和导电剂的含量为10%时,硅负极锂离子电池材料的可逆容量和首次库仑效率达到最优。选用石墨烯为导电剂,能够提高电极的导电性,为锂离子的传输提供良好的通道。羧甲基纤维素钠(CMC)作为水性粘结剂,与Si之间形成一种可以自我修复的弱氢键,改善了电极结构,电极循环稳定性较好。2.利用石墨优异的导电性,将石墨与硅颗粒机械混合,制备了硅/石墨(Si/G)复合材料。研究结果表明,随着石墨含量的增加,Si/G复合材料首次充放电容量均降低,而容量保持率升高。石墨含量的增加,降低了Si/G复合材料的理论比容量,而石墨的存在,缓解了Si在锂离子嵌入与脱出过程中的体积变化,提高了Si/G复合材料的循环性能。3.采用喷雾干燥法,以可溶性淀粉为碳源,成功制备出Si/C复合材料。该复合材料在100mA g-1电流密度下,首次可逆比容量为1083.2mAh g-1,经过70次循环后容量保持在200mAh g-1左右。将石墨加入前驱体,成功制备出硅/石墨/碳(Si/G/C)复合材料,该复合材料具有良好的循环稳定性,首次可逆容量为1591.9mAh g-1,经过50次循环后容量仍为640.4mAh g-1。在Si/G/C材料中,Si提供了较高的脱-嵌锂比容量,石墨提供了良好的离子和电子传输通道,同时热解碳,有效缓解了硅循环过程中的体积变化,复合材料循环稳定性得到了提高。4.通过高温热解法,以聚偏氟乙烯(PVDF)为碳源,成功制备出Si/C复合材料。Si/C复合材料在100mA g-1电流密度下可逆比容量为735.8mAh g-1,50次循环后,容量保持率高达72.8%。又以可溶性淀粉为碳源,设计不同的Si和可溶性淀粉的比例,成功制备出Si/C复合材料,优化了复合材料的组成和电化学性能。作为锂离子电池负极材料,Si/(48wt%)C复合材料电化学性能最佳,首次可逆比容量为781.1mAh g-1,100mA g-1电流密度下,50次循环后容量保持率91.3%。Si/(48wt%)C复合材料中引入的碳,为锂离子传输提供一个快速通道,减小了电池阻抗,提高了锂离子合金化/去合金化过程中电极的结构稳定性。5.通过添加碳酸亚乙烯脂(VC)为电解液添加剂来改善硅/碳复合材料的电化学循环性能,并研究了添加剂含量对Si/C复合材料电化学性能的影响。添加剂的加入,提高了复合材料的SEI形成电位,改善了SEI膜的稳定性,提高了循环性能。VC含量为2wt%时,Si/C复合材料循环性能最好,首次可逆比容量为349.9mAh g-1,30次循环后,容量保持率为99%。然而,VC含量过高时,VC的分解增加,SEI膜的厚度增加,膜阻抗增加,循环性能的改善程度降低。