随着电动汽车和便携电子设备的开发和应用,其对储能电池的需求快速增长,以锂离子电池为代表的电化学储能技术得到广泛应用。石墨负极材料较低的容量及较差的倍率性能已经不能满足当前需要,而硅负极由于高的理论容量、低的电压平台和丰富的储量成为最具发展前景的锂电池负极材料之一。但是,硅的导电性低,并且在合金化-去合金化的过程中有超过300%的体积膨胀,导致其电化学稳定性较差。为了克服硅基负极材料存在的这些问题,我们从增加材料导电性和缓解体积膨胀效应两方面着手研究工作,将硅与其他材料复合,实现电化学动力学性能和稳定性的提升。首先,提出了一种制备Si@TiN@NC双层包覆的结构的新工艺。采用液相法在微米硅表面分别包覆二氧化钛层和碳层,热处理后得到Si@TiN@NC。为提升其加工性能,在热处理前采用流延法将材料制成薄片状,达到易于研磨成粉末的目的。通过研究不同TiO₂层厚度和碳化温度对材料的循环性能和倍率性能的影响,优化其工艺条件。同时,研究了不同碳含量对Si@TiN@NC材料的电化学性能的影响,进而获得优化的组分。测试结果表明,TBOT加入量为4 ml,碳化温度为1100℃,碳含量为29.9%时,得到的Si@TiN@NC负极材料具有最优电化学性能。以0.4 A g^-1的电流密度循环200次后,可逆容量和容量保持率分别高达1420.1 mAh g^-1和86.8%,且在8 A g^-1电流密度下,仍有不低于1080 mAh g^-1的容量。此外,Si@TiN@NC在高电流密度下有不错的长循环性能,以4 A g^-1的电流密度循环550次后,仍有1024.2mAh g^-1的可逆容量。Si@TiN@NC有优秀的循环稳定性和倍率性能是因为TiN良好的导电性和NC的缓冲作用能够提高复合材料导电性和抑制硅在合金化-去合金化过程中的体积膨胀。其次,采用水热法和镁热还原法制备了类似“火龙果瓤”结构的Si/C复合材料。通过研究果糖加入量对材料形貌与结构和电化学性能的影响,获得最优的Si/C复合材料。测试结果表明:TEOS和果糖的摩尔比为3:2时制备的Si/C复合材料颗粒的结构最接近“火龙果瓤”结构,电化学性能最优。以0.4 A g^-1的电流密度循环300次后,容量保持率为84.6%,值得注意的是在4 A g^-1的大电流密度下,循环了1000次后,仍有不低于730.3 mAh g^-1的充电容量。Si/C复合材料具有优异电化学性能的原因在于硅与碳相间存在,分布均匀,且为介孔结构,可以很好地提高导电性和缓解硅在合金化-去合金化过程中的体积变化。本研究表明,高导电性的TiN和C等材料与硅复合得到的负极材料,具有结构稳定、成本低等特点,并可有效的增强硅基负极的导电性和缓解其体积膨胀效应,进而提升其电化学稳定性和动力学性能,促进其在锂离子电池负极上的应用。