锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、环境污染小等优点,目前已在各种移动电子设备中得到广泛应用,也是未来纯电动汽车和混合电动汽车电源的理想选择。硅是目前已知理论比容量最高的锂离子电池负极材料,其比容量约为传统石墨负极的10倍,其有望成为新一代高容量锂离子电池负极材料。然而硅基负极材料在嵌锂过程中的体积膨胀高达300%以上,容易造成电极材料粉化,容量迅速衰退,并且硅的本征导电性较差,导致其动力学性能较差,这些问题严重制约了硅基负极材料的实际应用。在硅基负极材料中引入高电子电导率相及欠脱嵌锂活性相以提高电极的导电性和缓冲硅材料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。本论文采用简单的球磨法,以Si粉和Ni粉为原材料及采用不同的比例,通过球磨过程中Si和Ni反应生成了具有高电导性和欠嵌锂活性的NiSi2相,制备了具有不同NiSi2含量的Si/NiSi2复合材料,并进一步在Si/NiSi2复合材料中通过添加柠檬酸和随后的对其裂解,合成了 Si/NiSi2@C复合材料,碳包覆于Si/NiSi2颗粒表面,并在颗粒间形成导电网络,此外,还在引入柠檬酸裂解碳的过程中,添加乙炔黑(AB,acetylene black)形成多碳Si/NiSi2@C/AB复合材料。论文结合X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等现代材料研究方法和恒电流充放电、循环伏安法等电化学测试技术研究了 H2、N2/H2混合气、N2不同球磨气氛和Si粉中不同Ni添加量对复合材料结构和其电化学性能的影响及其影响机理。研究结果表明,Ni在球磨过程中基本全部与Si反应,生成了纳米晶NiSi2,弥散分布于Si基体中,NiSi2的引入显著提高了硅材料的循环性能,并随复合材料中NiSi2含量的增加,材料的循环性能增加,但容量有不同程度的降低。但H2、N2/H2、N2不同的球磨气氛对Si/NiSi2复合材料的晶体结构形貌和电化学性能无明显影响。进一步在Si/NiSi2复合材料中原位引入柠檬酸裂解碳及同时再引入乙炔黑,形成的Si/NiSi2@C和Si/NiSi2@C/AB复合材料具有更高的容量和更好的循环性能,但球磨气氛对复合材料的电化学性能的影响也不显著。在300 mA/g的充放电电流下,对于Si/NiSi2@C复合材料,在碳含量为20wt%的条件下,添加5 wt%Ni的材料(NiSi2约10 wt%)具有最高的首次放电容量和首次可逆容量,分别为2750和2236 mAh/g,经100次循环后的容量为1242 mAh/g,容量保持率为56%。随Ni添加量增加到20 wt%(NiSi2含量约为39 wt%),复合材料经100次循环后的容量保持率提高到约60%,但由于NiSi2的理论容量低,复合材料的整体容量下降,经100次循环后的容量只约为900mAh/g。经同样方法制备的未添加Ni的Si@C复合材料尽管其首次放电容量较高,约为3000 mAh/g,其100次循环后的容量也只为1130mAh/g,容量保持率仅为48%。Si/NiSi2@C/AB复合材料中碳的含量约为22wt%,其表现出与相当碳含量的Si/NiSi2@C复合材料相似的电化学特性。由于Si/NiSi2@C和Si/NiSi2@C/AB复合材料的颗粒尺寸为亚微米级,且NiSi2材料的欠嵌锂活性性能,复合材料均具有相对较高的大于80%的首次库伦效率。本文Si与NiSi2和碳多相复合的硅基负极材料表现出良好电化学性能的主要原因在于NiSi2和碳的共同作用,NiSi2和碳均具有良好的导电性,能有效提高材料的电子电导率,欠嵌锂活性的NiSi2和包覆于Si/NiSi2的碳还能缓冲硅嵌锂过程的体积膨胀,减少了硅的粉化。本文制备Si与NiSi2和碳多相复合负极材料的方法简单,成本低,适合于规模化生产。