锂离子二次电池已成为21世纪极具发展潜力的新型化学电源。目前,商用化锂离子电池广泛采用的负极材料为石墨类碳,该类材料理论储锂容量较低(372mAh/g),无法满足电子器件的发展需求。因而需要研究开发新型高能锂离子电池负极材料。硅基材料由于其极高的理论储锂容量(4200 mAh/g,对应于Li4.4Si合金相),极具应用前景。然而,硅基材料在合金、退合金化过程中引入的巨大体积形变(>300%),导致材料的破碎及导电网络的破坏,极大限制了硅基材料的循环性能。近年来,随着纳米技术的快速发展,硅基纳米复合物材料在锂离子电池中的应用成为引人注目的研究热点并取得了较大进展,有望成为取代石墨类碳的新一代高性能负极材料。作为锂离子电池电极材料,硅基纳米材料具有许多独特的物理和化学性质,如更佳的承受体积应变能力、比表面积大、锂离子脱嵌的深度小、离子扩散路径短、可逆容量高、循环寿命长等。因此,硅基纳米材料用于锂离子电池可以显著提高电池的比容量和充放电性能,是新一代锂离子电池发展的重要方向。本工作致力于硅基纳米结构(硅基纳米线阵列、多孔硅微球颗粒)的低成本、高产量制备、碳包覆以及在锂离子电池中的应用。具体研究工作如下：1.通过金属纳米颗粒辅助刻蚀方法对单晶硅衬底进行电化学刻蚀,于室温下通过HF/H2O2/H2O混合刻蚀溶液快速制备出大面积、高质量、方向均一的单晶硅纳米线阵列,并探讨了刻蚀机理以及刻蚀条件(沉积液配比,时间等)对纳米线形貌的影响。此外,利用介孔碳填充硅基纳米线阵列间的空隙,增加纳米线阵列的导电性及结构稳定性,该结构有望改善硅基纳米线阵列的锂电性能。2.利用镁热还原技术将SiO2蛋白石还原为多孔硅微球块体,首次低成本制备出由多孔硅微球组装成的块体材料,分别通过XRD、SEM和充放电性能测试等表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征,SEM结果表明镁热还原法制备的硅微球直径约400 nm,微球内部包含大量纳米孔道,微球颗粒间接触良好,具有宏观块体形貌。进一步利用低分子量酚醛树脂填充硅微球内部的纳米孔道并高温碳化,得到硅/碳复合材料。电化学测试结果表明：无定形碳填充有效改善块体材料的结构稳定性及导电性能,循环20次后容量为1200mAh/g。3.以低分子量酚醛树脂及单晶硅纳米颗粒为原料,通过聚合及700℃碳化生成核-壳结构Si@C纳米颗粒。分别通过SEM、TEM和充放电性能测试等表征手段对该材料进行结构、形貌和电化学性能表征,电化学测试结果表明,无定形碳包覆极大的增强了硅基材料循环性能,首次放电容量达到1600 mAh/g,循环30次后仍能保持700 mAh/g的容量,表现出良好的电化学性能。