硅具有超高容量、低工作电压、储量丰富等优点是最有前途的下一代锂离子电池负极材料之一。但硅在充放电过程中大的体积膨胀、不稳定的SEI膜和较差的导电性阻碍了其进一步的实际应用。针对这些问题,本文采用选择性刻蚀模板的方法构建空腔制备多孔结构的硅碳复合材料,并通过一系列物理化学测试来表征硅负极的各项性能,方法和结论如下:一、为给硅的体积膨胀预留缓冲空间,本文使用牺牲层模板法、高温煅烧法和溶剂热法相结合的方式制备硅碳复合材料提升硅负极的性能。以Al₂O₃为模板,聚多巴胺作为碳源,制得核壳状的硅碳复合材料（Si@void@C-Al）。在弱酸性的环境中,硫酸铝在硅的表面缓慢水解形成氢氧化铝,后在真空干燥过程中形成γ型氧化铝包覆在硅核表面。后经多巴胺包覆、N₂气氛下高温煅烧和盐酸选择性刻蚀得到目标产物。通过充放电测试表明,Si@void@C-Al复合材料表现出更为优越的循环稳定性,在300 m A g^-1的电流密度下循环100次后,仍有926.2 m Ah g^-1的可逆容量。同时该材料也显示出优良的倍率性能,在2000 m A g^-1电流密度下仍有1390.6 m Ah g^-1的充电容量。复合材料充足的预留空间大大的缓解硅在充放电过程中的体积膨胀,提高了硅负极的稳定性,延长了活性物质的循环寿命。二、为了提高预留空间大小的可控性,本文以Ca CO₃为模板,酚醛树脂为碳源,制备多孔结构硅碳复合材料（Si@void@C-Ca）。把事先制备好的纳米碳酸钙模板和硅粉均匀混合再包覆酚醛树脂,同样经过N₂气氛下的高温煅烧和盐酸的刻蚀后,可将硅纳米颗粒完全地包裹在具有丰富空隙空间的介孔碳基体中。采用Si@void@C-Ca负极的锂离子电池在电流密度为300 m A g^-1的情况下,比容量为973.2 m Ah g^-1,100次循环后仍有84.9%的容量保持率。并且,Si@void@C-Ca复合材料在100次充放电循环后体积变化最小,仅为9.9%。硅芯和碳外壳之间丰富的孔隙空间可以适应硅的在循环过程中产生的体积膨胀,同时外热解碳层可以显著降低欧姆电阻提高电极的导电性。三、为了更好的优化实验流程,设计了步骤更加简单、操作更加环保的实验方案。本文选择纳米石墨作为导电基体,用熔点低的单质硫替代氧化物模板,酚醛树脂做包覆层制备了多孔硅碳复合材料（Si/NG@void@C）。将事先混合好的石墨/硅的混合物和硫粉在室温下以二硫化碳作溶剂充分混合均匀,再包覆酚醛树脂后,经N₂气氛下的高温煅烧进行碳化和除硫。Si/NG@void@C复合材料,在300 m A g^-1的电流密度下经过100次循环之后的充电比容量为663 m Ah g^-1,循环保持率为84.7%。在1 A g^-1的电流密度下500次循环之后的充电比容量为328 m Ah g^-1,循环保持率为52.6%。和目前商业化的材料相比,材料的循环稳定性有了明显的提高。