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纳米和亚微米尺度二氧化硅颗粒是一种重要的基础原材料,具有比表面积大、密度小、粒径可调、分散性好、化学稳定等优点,广泛用于生物医药、光电子、催化、吸附分离、工程陶瓷等诸多领域。二氧化硅颗粒还原成硅基微颗粒用于锂离子电池负极材料,已成为了该领域新的研究热点。目前,作为锂离子电池负极材料,硅基材料存在的体积效应(>300%),充放电过程中的粉化问题以及不断形成新的固态电解质层(SEI),严重制约着硅基材料在锂离子电池中的应用。本论文在综合论述了二氧化硅颗粒及硅基锂离子电池负极材料研究现状的基础上,模拟计算了正硅酸甲酯(TMOS)的水解、聚合机理,并以TMOS和正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用溶胶-凝胶法分别制备出二氧化硅多孔颗粒和二氧化硅单分散微球,表征了其表观形貌、粒度分布及表面特性;在此基础上,采用镁热还原法制备硅多孔颗粒和硅颗粒等两种硅基微颗粒负极材料,分析了其微观结构和电化学性能;最后,采用无定形碳包覆技术对两种硅基微颗粒进行包覆制备硅碳微颗粒负极材料,探究了碳包覆对硅基微颗粒负极材料电化学性能的影响。通过硅基材料纳米化、单分散化、多孔化、碳包覆,为硅基材料存在的体积效应、充放电过程中的粉化问题、固相电解质层(SEI)等问题的解决提供重要参考。主要研究内容如下:(1)正硅酸甲酯(TMOS)水解聚合的模拟计算。利用第一性原理模拟正硅酸甲酯(TMOS)的水解和二聚反应,得出TMOS在酸性条件下发生水解反应的程度优先于中性条件,且TMOS质子化再与水发生反应的方式优于与水合氢离子进行水解反应;TMOS分子前两步水解是接续进行的,之后加紧接着发生了二元聚合然后被三次水解和三次水解产物的聚合反应的势垒所控制;所模拟的TMOS的水解缩聚反应的速率主要被第三步水解和三次水解反应产物的聚合所限制。(2)二氧化硅多孔颗粒制备、还原及碳包覆。以TMOS为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备出二氧化硅多孔颗粒,其比表面积为307.03 m~2/g;通过镁热还原制备得到硅多孔颗粒负极材料,其首圈放充电比容量分别为1037和606.7 mAh/g,循环80圈后比容量降至88.7 mAh/g;通过水热法对制备的硅多孔颗粒进行不同浓度的碳包覆制备硅碳多孔颗粒负极材料,在0.25 M葡萄糖溶液下制备的硅碳多孔颗粒的电化学性能最优,其首圈放充电比容量分别为956.6和578.4 mAh/g,并具有60.46%的首圈库伦效率和循环80圈后364.3 mAh/g的稳定比容量。(3)二氧化硅单分散微球制备、还原及碳包覆。以TEOS为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备出粒径约为500nm的二氧化硅单分散微球;通过镁热还原制备得到硅颗粒,其首圈的放充电比容量分别为1403.6和636.4 mAh/g,循环80圈后比容量为280 mAh/g;通过水热法对硅颗粒进行碳包覆制备硅碳颗粒,在0.5M葡萄糖溶液下硅碳颗粒的电化学性能最优,其首圈放充电比容量分别为927.8和528.0 mAh/g,具有56.91%的首圈库伦效率和循环80圈后462.9 mAh/g的稳定比容量。