硅基材料是新能源、电子信息及节能环保等国家战略性新兴技术产业发展不可或缺的核心材料。近年来,光伏产业快速发展,然而每年光伏产业将有超过5万吨硅废料产生。新疆地区硅资源丰富,光伏产业发展尤为迅速,如何回收利用光伏产业切割废料关乎新疆未来硅产业链的发展。若能将硅废料成功应用于锂离子电池,必将带来巨大的经济和社会价值。硅具有高的理论质量比容量(～4200 m Ah g-1)、较低的工作电压平台和环境友好等作为锂离子电池负极材料的众多优势,是最具商业化应用前景的一种材料。然而,硅基材料在充放电过程中存在严重的体积膨胀等缺陷,极大地限制了硅材料的进一步发展与应用。目前,纳米化、多孔化及复合化是提高硅电化学性能普遍且有效的几种方法。根据上述考虑,本论文以新疆新特能源有限公司的多晶硅切割废料为研究对象,采用了简单且高效的方法对其进行物理、化学改性,探讨了其在锂离子电池负极材料中的应用。具体研究内容如下:1、多晶硅微粉材料的制备及其储锂性能研究:切割废料硅通常为不规则、大块结构,采用固相球磨的方法对其进行纳米化,探讨了不同球磨时间对废料硅颗粒尺寸及其电化学性能的影响,发现经过球磨15h之后的废料硅颗粒尺寸明显从微米级减小至约140 nm-240 nm。球磨15h后的样品Si-15h在200 m A g-1电流密度下循环100圈之后容量保持在397.1 m Ah g-1,远远优于原料硅(35.3 m Ah g-1)。这是因为随着硅颗粒尺寸的减小,在充放过程中硅电极表面SEI膜破裂的可能性逐渐降低,同时纳米尺寸的硅颗粒使锂离子的扩散路径缩短,锂电性能得到提升。2、多孔硅材料的制备及其储锂性能研究:虽然球磨后细小的硅颗粒循环性能得到提升,但仍然存在容量衰减比较严重的问题。为此,在上一章研究的基础上,采用酸、碱刻蚀对球磨后的多晶硅微粉进行改性,制备了多孔硅负极材料,探讨了孔结构、组成等对产物储锂性能的影响,发现经过酸、碱刻蚀之后的废料硅的形貌呈薄片状且具有丰富的孔结构。在200 m A g-1电流密度下循环100圈,HF刻蚀之后的样品H8-6容量保持在1055.1 m Ah g-1,Na OH刻蚀之后的样品N1.0-60的容量保持在711.7 m Ah g-1,均高于相同条件下刻蚀前Si-15h的放电容量。同时,Na OH刻蚀后的多孔硅具有良好的循环稳定性,这是由于多孔结构和Si Ox层能有效地缓冲硅在充放电过程中的体积变化,也有利于锂离子的快速传输,从而显著提高其电化学性能。3、硼掺杂硅/碳复合材料的制备及其储锂性能研究:虽然多孔硅有着更优良的电化学性能,但材料的导电率依然较低。针对此问题,通过硼掺杂及与碳包覆的方法,制备了硼掺杂多孔硅（B-Si）及硼掺杂硅/碳复合材料（B-Si/C）。探讨了硼掺杂、碳包覆等对废料硅结构及电化学性能的影响。B-Si具有多孔结构,B-Si/C复合材料呈现多孔空心结构。电化学测试表明,在420 m A g-1电流密度下循环100圈之后,B-Si可逆容量保持在932 m Ah g-1,B-Si/C容量保持在1240.1 m Ah g-1,相比于多孔硅都展现出了更优异的循环性能。这是因为硼掺杂后的多孔硅材料会产生局部晶格膨胀,提供了分层的离子输运路径,不仅缩短了离子传输距离,而且提高了离子在固相中的固有电导率,使其循环性能大大提升。另外,碳层的包覆也进一步提升了材料的导电性,并且有效抑制了Si与Li形成合金而产生体积膨胀,为废料硅电化学性能的优化提供了有效保障。