锂离子电池作为一种非常有希望的储能器件,目前它的能量密度仍难以满足动力汽车对锂离子电池高比能量的需求。硅基负极材料虽然具有储量丰富、安全性高、嵌锂平台电压低（<0.5 V）以及理论容量高(4200 mAhg^-1)等优点,但是,硅在锂化过程中会产生非常严重的体积效应（>300%）,致使硅材料粉碎、生成不稳定的固体电解质界面膜,从而导致电极容量快速衰减。此外,硅材料较差的导电性使其具有较差的倍率性能,这些缺点对硅基负极材料的实际应用造成很大障碍。因此,开发出具有优异电化学性能的硅基负极材料是非常有意义的。本论文以发展高性能的硅基负极为目标,通过合理设计,采用不同方法制备具有优异电化学性能的纳米硅基负极材料;利用简单镁热还原法,以廉价硅藻土为硅源制备出多孔硅,并以自制多孔硅为原料,制备出循环稳定性高的多孔硅基负极材料。具体研究内容与研究结果如下:（1）石墨烯和碳纳米管复合改性纳米硅负极材料的制备。选择纳米硅粉为研究对象,使用一种简单方法制备出氮掺杂碳包覆纳米硅分散在氮掺杂石墨烯和碳纳米管复合基体中的硅碳复合材料,并通过对纳米硅表面静电修饰,改善纳米硅团聚现象,提高了纳米硅在复合材料中的分散性。Si-rGO-CNT-C复合材料具有良好的电化学性能,在0.1 Ag^-1电流密度下,经过100次循环后,仍具有609.6 mAhg^-1的放电比容量。纳米硅经过表面静电修饰后,复合材料的电化学性能又有一定提升,在1 Ag^-1电流密度下,循环100周之后,材料仍具有748.1mAhg^-1的放电比容量,并表现出优异的倍率循环性能。（2）自组装多孔石墨烯改性纳米硅负极材料的制备。纳米硅颗粒由于具有较高的表面能,表面容易被氧化而形成氧化层,在水溶液中表现出电负性;化学还原法制备的氧化石墨烯表面由于含有羧基以及羟基等官能团,其分散在水中时表面也呈电负性。因此,由于静电排斥作用,纳米硅与氧化石墨烯在水溶液中具有差的结合力。本文通过对纳米硅进行表面改性,提高纳米硅与氧化石墨烯的结合能力;同时,利用三聚氰胺甲醛树脂交联作用防止石墨烯片层之间因范德华力或者π-π共轭效应引起的堆叠团聚,制备出纳米硅被具有“褶皱”结构的氮掺杂石墨烯良好包覆的复合材料。样品在5 Ag^-1大电流密度下,100次循环后,材料的可逆比容量仍可以达到1132 mAhg^-1;在1 Ag^-1电流密度下,经过200次循环后,其放电比容量仍可以达到1017 mAhg^-1,相对于第6次循环,容量保持率高达75%,表现出优异的循环稳定性;同时,复合材料表现出良好的倍率性能。该材料优异的电化学性能归因于石墨烯对纳米硅的良好包覆,不仅缓冲硅的体积效应,而且氮掺杂石墨烯优异的导电性改善硅材料的电导率。这种简单有效的方法为其它高容量负极材料的制备提供了新的方向。（3）以廉价硅藻土为硅源,采用机械球磨法和熔盐辅助镁热还原法相结合制备出具有介孔结构的硅,然后利用多巴胺原位聚合方法,在多孔硅表面生成聚多巴胺,通过后续热处理,成功在硅表面包覆一层厚5nm的碳层,得到多孔硅碳复合材料;以自制多孔硅为原料,制备出石墨烯和碳纳米管复合改性多孔硅复合材料,并将其与第三章复合材料的电化学性能进行了比较。这种具有多孔结构的硅中丰富的空隙可以缓冲嵌锂脱锂过程中产生的应力,同时还可以缩短电子与锂离子的扩散和传输路径。C@pSi-I复合材料在200 mAg^-1电流密度下,经过200次循环,其放电比容量可以达到1116.7 mAhg^-1,150次循环后,其相对于第二次循环的容量保持率仍然可以达到72%;pSi-rGO-CNT-C复合材料在200 mAg^-1电流密度下,相对于Si-rGO-CNT-C复合材料具有更好的循环性能。本文中镁热还原方法制备出的多孔硅具有优异的电化学性能,有望推广到实际生产应用。