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硅基材料作为锂离子电池负极材料具有容量高、储量大并与锂离子具有很好相容性等特点,但硅基材料在实际应用中存在阻碍:在锂离子嵌入/脱出过程中硅基负极材料体积变化巨大(～30006)且电导率低。目前研究主要集中在使用纳米技术、复合材料技术和材料结构改性来解决该问题。本文主要是将纳米硅材料和碳材料复合,采用不同的方法制备具有特殊结构和优异循环稳定性、倍率性能以及电化学性能的锂离子电池硅/碳复合材料。采用基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)中的PW91方法对硅基材料和石墨烯包覆的硅/石墨烯复合材料进行第一性原理计算。1、以SBA-15,多巴胺盐酸盐为原材料制备介孔结构的硅/碳复合材料(m-Si/C)。结果表明碳的含量,碳化处理温度,镁热还原过程的条件控制以及副产物MgO和未还原SiO2的去除都对最后材料的性能有影响。SEM、TEM图表明m-Si/C复合材料有好的介孔结构,在进行碳包覆掺杂时碳会和介孔结构紧密结合得到有规则的介孔碳框架。在电流密度为0.1 A·g-1时,m-Si/C电极的首次放电比容量为985.5 mAh.g-1,100次循环之后放电比容量保持在617.5 mAh·g-1,容量保持率为62.7%,均高于SBA-15/C电极。碳框架能稳定材料结构,提高材料的循环稳定性,镁热还原反应生成的氧缺陷有利于锂离子在硅核中扩散,提高电传导性。2、采用溶液沉积-有机碳裂解法和水溶性模板法制得蛋黄壳结构的介孔状硅@碳纳米复合材料(Si@C)。由SEM、EDS、TEM图可知碳层均匀包覆在硅核上。在电流密度为0.1 A·g-1时,Si@C电极的首次放电比容量高达1978.3 mAh.g-1,第100次循环后放电比容量为1214.5 mAh.g-1,容量保持率为61.4%。在电流密度分别为0.1、0.2、0.5、1.0和2.0 A·g-1时,Si@C电极的平均放电比容量分别约为 1559.4、1243.3、1076.1、934.3 和 795.8 mAh·g-1。蛋黄壳结构的 Si@C 电极材料具有优异的循环稳定性和倍率性能。3、采用基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)中的PW91方法对硅基材料和石墨烯包覆的硅/石墨烯复合材料进行几何优化,对包覆材料的能带结构和态密度进行分析,表明石墨烯对硅材料进行包覆能降低导带与价带之间的能隙,降低电子从导带跃迁至价带的能量,并且整个能带的运动趋势向低能方向移动,电子更容易发生跃迁,从而使属于半导体性质的硅材料通过石墨烯包覆后生成了具有金属导电性质的硅/石墨烯复合材料,导电性得到了改善。第一性原理计算的结果与实验相吻合,表明计算机模拟可预测实验的准确性和验证经验结论,为设计实验方案指明方向。