绿色能源与可持续发展的要求促使人们在锂离子电池（LIBs）领域进行了各种深入研究。此外,在碳达峰与碳中和的重大战略背景下,以及消费者对于各种便携式电子设备、高性能电动汽车等耗能消费产品需求量日益增加的情况下,人们对于各类储能电池提出了更高要求。特别是对于锂离子电池,在保障安全性能的前提下,提升其充放电能力是一直以来持续改进的重要研究方向之一。硅（Si）作为重要的锂离子电池负极材料,因其极高的理论储锂容量、较低的锂化电压平台、丰富的储量受到了人们广泛的关注。但是,硅负极在嵌锂/脱锂过程中巨大的体积膨胀、不稳定的固体电解质界面（SEI）、较低的固有电子离子电导率等问题,制约了其在锂离子电池领域的大规模应用。硅的纳米结构设计,硅复合改性是解决上述问题的主要途径。然而,如何在解决体积变化所引起的容量衰竭的同时,扩大前驱体来源、降低硅负极改性与复合时的制备成本、简化制备工艺,进而降低能源消耗,是目前亟待解决的主要问题。本论文通过以天然层状矿物为原料,制备层片状多孔硅材料,并通过预碳包覆和液态金属复合两种改性方式来提升该类材料的电化学性能,具体研究内容概括如下:第一,针对硅纳米结构化过程中硅质原料制备工艺复杂的问题,本文以大洋黏土、高岭土、地开石等天然层状矿物为原料,在对其进行酸洗处理后,采用低温铝热还原法成功制备了层片状多孔纳米硅。SEM、BET等表征结果表明,所获得的单质硅对前驱体形貌实现了不同程度的保持。其中,大洋黏土是一种重要的战略资源,因其特殊的地质成因,而具有结晶不完全、反应活性高、颗粒细小、疏松多孔等特点,在同等实验条件下获得了最佳的还原效果,以其为原料制备的单质硅实现了对前驱体形貌最大程度的保持,且比表面积高达76.5 m~2 g-1。通过XRD、SEM、BET、FTIR等表征手段对产物形貌保持程度和原因进行了分析,优选出了制备层片状多孔纳米硅的原料和实验条件,拓宽了低温制备特殊形貌纳米硅的途径。第二,针对硅体积膨胀、导电率低的问题,本文设计并采用了先包覆后还原的方式,以酸洗后的大洋黏土为硅源、蔗糖为碳源,制备了保持前驱体形貌特征的Si/C复合材料,并探讨了不同碳包覆比例对Si/C复合材料结构及电化学性能的影响,获得了最佳碳包覆比例。当大洋黏土与蔗糖的质量比为2.5时,Si/C复合材料具有最高的比表面积(337.72 m~2 g-1)和最大的孔体积(0.39 cm~3 g-1)。多孔碳层有效的缓解了硅的体积膨胀、促进了Li+离子的迁移和电荷的传输,提升了样品的电化学性能。以该材料制备的电池表现出2014.4 m Ah g-1的初始容量,0.5 A g-1下循环200圈后,剩余比容量达到689.8 m Ah g-1。第三,硅-合金复合材料设计是改善硅体积膨胀的另一种有效方法。本文选择以理论储锂容量更高(769 m Ah g-1)、且具有自愈能力的Ga基液态合金（简写为LM）为改性材料,以碳纳米管（CNTs）和还原氧化石墨烯（rGO）作为锚定材料与导电材料,将其与前文制备的大洋黏土基层片状多孔纳米硅复合,并探讨了该种改性方式对材料电化学性能的影响。本项工作分别对比研究了LM@Si和LM@Si@C-rGO多孔复合材料,其中改性后的LM@Si@C-rGO具有三维网络结构,该结构不仅能够缓解硅负极的体积膨胀、促进电解液的浸润传质、还额外提供了锂离子快速迁移的通道,展现出优异的电化学性能,在1 A g-1的电流密度下,循环500次后仍具有511.4 m Ah g-1的比容量;经过高达3 A g-1的电流密度循环后,随着电流密度的恢复(0.5 Ag-1),仍能获得615.5 mAh g-1的比容量。