硅在目前已知锂离子电池负极材料中具有最高理论比容量,约为石墨类负极的十倍,极具规模化使用潜力。然而,硅基负极材料在嵌锂反应过程中的体积膨胀高达300%以上,造成电极材料粉化,导致容量迅速衰退,而且硅较差的本征导电性,使其脱嵌锂反应的动力学性能较差。引入高电子电导率相和脱嵌锂反应惰性相以提高硅基电极的导电性和缓冲嵌锂过程的体积膨胀,是提高硅基负极材料电化学性能的有效方法。此外,高性能的硅基负极材料还存在制备成本高的问题。本论文以太阳能电池硅片切割废料Si为主要原材料,采用多种简单高效的方法制备低成本高性能的硅基负极材料。研究结果表明,废料Si经过砂磨处理后,颗粒尺寸由微米减少到亚微米,作为锂离子电池电极材料,在300 mA/g的电流密度下,首次放电和充电容量分别达到3114和1992 mA h/g,经过200次循环,容量保持有1132 mAh/g,其容量和循环性能显著提高。在350°C到950°C热处理过程中,废料Si的结晶度不断增加,材料首次库伦效率和循环稳定性随热处理温度的升高而提高。废料Si经过添加密胺和结合砂磨处理以及喷雾热解,形成了一种由富氮碳包覆Si一次颗粒组成多孔球形颗粒的复合材料。经优化密胺添加量,获得一种碳–氮化合物含量为14.4 wt%的Si基复合材料,作为锂离子电池负极材料显示出优良的电化学性能,在300 mA/g下的首次可逆容量为2158 mA h/g,经200次循环后,容量保持有1461 mA h/g,容量保持率达到67.7%。研究了通过原位引入高电子电导率相来改善废料Si负极材料的电化学性能。采用机械球磨法将高电子电导率的TiN粉体引入Si材料中,部分TiN与Si反应生成高电子电导率的TiSi₂合金,形成Si/TiN/TiSi₂复合材料。球磨减小了Si的颗粒尺寸,促进了Si的非晶化。TiN和TiSi₂不仅提高硅负极的导电性,而且缓解硅负极脱嵌锂过程中体积膨胀。Si/TiN/TiSi₂复合材料具有优良的电化学性能。本论文获得的硅基负极材料的颗粒尺度为亚微米级,有利于获得高的振实密度,从而提高电极的体积容量密度,对实际电池的生产和利用具有重要意义。研究工作为制备高性能的Si基复合负极材料提供了简单高效的方法,原材料价格低廉,所得材料电化学性能好,具有重要的应用前景。