锂离子二次电池由于能量密度高、对环境友好和安全稳定等优越性能越来越受到人们的重视,应用范围日益剧增。Si拥有已知材料中最高的理论储锂容量(4200 mAh/g),被认为是极具应用前景的负极材料从而取代已经商业化的石墨。但是,其在脱嵌锂过程中巨大的体积变化(>300％)将会导致材料粉化破坏电子传输的网络,大大限制了它的实际应用。同时,Si材料本身较低的电导率影响了其在高倍率下循环稳定性。目前改善Si基材料电化学性能主要有三种方法:一、减小颗粒尺寸得到纳米级Si；二、将Si与其他活性或惰性物质相复合；三、使用更加高效的粘结剂、电解液和集流体。本论文研究主要从纳米化和复合化两方面入手设计和制备新型锂离子二次电池Si基负极材料,通过XRD、TG-DTA、Raman光谱、SEM、TEM、CV、EIS和电化学性能等测试手段,研究了材料的组成、形貌、结构及电化学性能,并对其合成机理进行了深入探讨。　　 (1)以纳米Si、金属锂和葡萄糖等为原料,采用高能球磨和水热等方法制备了具有双层核壳结构的Si@SiO2@C的纳米复合材料。结果显示,Li4SiO4的形成及其水解过程中释放出的羟基对最终实现C层的均匀包覆起着至关重要的作用。TEM显示材料中Si核尺寸约为50-80 nm,表面的SiO2和C均匀保护层厚度约15 nm。初次放/充电容量分别为1829.4和828.4.mAh/g,循环30周后其容量仍然稳定在800 mAh/g左右,周损失率仅为0.12％。其电化学稳定性要远好于未经表面处理制备的Si@C材料,因为在于SiO2和半石墨化C层的共同存在不仅避免了电解液和Si的直接接触,而且对电极的完整性提供了结构支撑和缓冲。　　 (2)选用300和1μm两种不同尺寸的硅源,采用高能球磨、水热及高温焙烧方法制备了微米级的Si/C及Si-Cu3S/C复合材料。铜的掺入和碳包覆在一定上改善了材料的电导率和Li+扩散速率,但Cu3Si的生成和活性物质的减少使材料的容量仅为200 mAh/g。减小硅源粒径对Si-Cu3Si/C复合材料的性能改善不大,主要因为在于这种复合方法不能实现对材料的有效包覆。　　 (3)将Mo元素引入Si基负极材料,采用高能球磨、水热及高温焙烧方法制备了微米级的Si-Mo2C/C复合材料。TEM显示C以絮状团聚物和碳层两种形式存在,有效地提高了Si材料的电导率并缓冲了其体积膨胀带来的巨大应力。由1μm硅源制备的Si-Mo2C/C复合材料由于粒径减小和表面积增加,性能更加稳定,但初始不可逆容量也随之增加。　　 脱嵌锂过程中巨大的体积变化和较低的电子传输能力严重阻碍了Si基材料在锂离子电池中的实际应用。纳米化和复合化则为改善其电化学性能提供了有效途径,仍将是以后工作的研究重点。材料结构和制备技术的日益成熟必将为Si基材料的商业化铺平道路。