锂离子电池是一种高容量的二次电池，它具有比容量高、循环寿命长以及安全可靠等优点。随着全球对于能源、环保方面的日益关注，以及移动通讯，便携式计算机等各种便携式产品的迅猛发展，人们对高性能的化学电源的需求日益迫切，锂离子电池于是成为各国研究者的研究热点。在对锂离子电池负极材料的研究中，Si材料由于具有很高的嵌锂容量而受到极大关注。但Si材料在充放电过程中会发生300％的体积变化，容易造成电极材料结构的粉化从而导致循环性能下降。另外Si材料本身较低的电子电导率使得其倍率性能较差。本论文作者综述了锂离子电池的研究现状，并对Si基负极材料的研究现状进行了详细的分析。针对Si负极循环、首次效率低以及倍率性能差的关键问题，采用对Si颗粒的包覆改性及合成工艺入手，通过选择合适的碳源、控制材料的结构和制备方法以及在电极制备中引入新型的水溶性粘结剂等来展开系列的研究，并通过多种物理以及电化学手段对其进行表征，得到了以下结果:　　 (1)通过原位聚合反应制备出Si/PEDOT∶PSS复合材料，然后在惰性气体保护下经由高温碳化制备了含有杂元素S掺杂碳的Si/C复合材料。SEM和TEM表明纳米Si颗粒被均匀包覆于PEDOT∶PSS和碳的结构中。EDS结果表明所制备的Si/C复合材料中有2.7wt.％的S元素存在。将所制备的Si/C材料用于锂离子电池负极半电池中，发现该电极表现出很好的电化学活性，初始不可逆容量损失仅为2.8％，电池运行80个循环仍能保持768mAh/g的容量，容量衰减速率仅为0.48％/循环，工业化前景看好。　　 (2)通过Mg还原的方法制备出多孔的Si材料，随后在Si材料的表面原位聚合一层PEDOT，经过高温碳化处理，制备含S掺杂碳的Si/C复合材料。该复合材料中S元素的重量比为2.6％，比表面积为58.8m2/g，其中无定形的碳层均匀的分布于多孔Si材料的表面以及孔结构中，形成了由内至外的包覆。利用此材料制备的电极表现出良好的电化学性能，100个循环后能保持539mAh/g的可逆容量。该材料在6000mA/g的电流密度下，仍能保持450mAh/g的可逆容量，表现出很好的倍率性能。　　 (3)通过把酚醛树脂、SiO2以及Si纳米颗粒共混，随后经由高温碳化以及去模板的过程制备得到有缓冲空间的多孔Si/多孔碳复合材料。通过SEM以及TEM的表征，发现Si纳米颗粒镶嵌于多孔碳的结构中，并且在Si和碳之间有缓冲空间的存在。拉曼光谱表明多孔结构在碳材料中的存在，使得碳材料无定形相减少同时石墨化程度提高。所制备的有缓冲空间的多孔Si/多孔碳复合电极具有很好的循环以及倍率性能，80个循环后仍能保持在963mAh/g的可逆容量，在2000mA/g的电流下，仍能保持721mAh/g的可逆容量，是石墨理论容量(372mAh/g)的1.9倍。　　 (4)通过把纳米尺寸Si粉和碳纳米管混合后，利用CMC作为粘合剂，抽滤干燥后退火制备而成Si/MWCNT复合纸电极。添加CMC后，所制备的高载量的复合电极表面平滑，具有柔性。在退火以后，由于CMC的碳化造成结构的紧缩，使得纳米Si颗粒被挤压在MWCNT之间，从而使得Si和MWCNT形成很好的接触，且能有效的抑制Si体积的膨胀。所制备的Si/MWCNT复合纸(35.6％的Si含量)具有很好的循环以及倍率性能，30个循环后仍能保持942mAh/g的可逆容量（容量衰减速率为0.48％/循环），在500mA/g的电流下，平均可逆容量仍能达650mAh/g。　　 (5)选择水溶性壳聚糖及其衍生物来作为Si负极的粘结剂。研究发现壳聚糖系粘结剂电极的首次效率以及循环性能相比传统的PVDF和CMC都提高很多。尤其是羧化壳聚糖粘结剂，其首次放电容量能达到4270mAh/g，首次效率能达89％，在500mA/g的电流下，50个循环后可逆容量为950mAh/g。进一步的表征发现，羧化壳聚糖的官能团(-NH2，-COOH，-OH)能和Si表面形成强的氢键，氢键的存在极大改善了电池的循环性能。实验结果为开辟新型的水性粘结剂提供了思路。