随着经济社会的快速发展,传统的锂离子电池体系已难以满足日益增长的能量密度需求。硅材料因具有高比容量（室温下为3579 mAh g-1）而被认为是下一代高能量密度锂离子电池负极材料的最佳候选之一。然而,在脱/嵌锂过程中硅材料的巨大体积膨胀会诱发硅颗粒粉碎、固体电解质（SEI）膜不稳定以及电接触不良等问题,致使硅负极的比容量迅速衰减,从而限制了硅材料在锂离子电池中的应用。针对上述问题,本文通过简单高效的制备工艺将硅材料分别与高强度低维碳和高回弹性导电聚合物进行复合,构建了一系列新型硅碳复合材料结构。系统探讨了结构形成机理以及硅材料与碳材料间的界面相互作用,并分析了硅碳复合负极结构与电化学行为间的内在关系,获得了高比容量、长循环寿命的硅碳负极材料。主要研究内容及结果如下:（1）为充分发挥硅材料高比容量和碳纤维高强度的优势,开发了紫外-臭氧表面改性协同静电自组装技术制备交织结构的硅碳复合材料。与传统的酸化表面改性方式相比,经紫外-臭氧表面改性的碳纤维具有更好的结构完整性。此外,紫外-臭氧表面改性方式不会引入杂质,并可扩大碳纤维与硅材料间的有效接触面积,从而实现硅碳复合材料的交织结构构造,提高硅在碳纤维上的分布均匀性。这一策略为制备均匀分布的硅碳复合材料提供了新途径。（2）为进一步提高硅碳复合材料的分布均匀性,改善硅碳负极的循环性能,在紫外-臭氧表面改性和静电自组装的基础上,采用二次静电自组装技术通过强烈的表面相互作用将硅材料多面粘附在碳纤维和聚合物CMC链上。随后的热处理工艺使硅材料完全嵌入在纵横交错的碳纤维与无定型碳中,形成双重保护,从而制备分布均匀且具有交织结构的硅碳复合材料（Si-CNF@C）。研究发现,Si-CNF@C复合材料中存在较多有利于锂离子扩散的有效缺陷和孔隙,而无定型碳和碳纤维的协同作用有助于提高SEI膜的稳定性。在0.5 A g-1的电流密度下,循环1000圈后Si-CNF@C复合负极的放电比容量可保持在849 mAh g-1,每圈的容量损失率仅为0.036%,表明具有双重保护功能的交织结构可有效确保硅碳复合材料在循环过程中的结构完整性和电化学稳定性,从而为高性能硅碳负极的制备提供了理论和实验基础。（3）为提高硅碳复合材料间的界面结合力,采用原位聚合、静电自组装联合热处理技术合成了具有三维分层互联结构的硅碳复合材料（Si@C/PANI-CNT）,将硅颗粒封装在由导电聚合物聚苯胺（PANI）、柔性碳纳米管（CNTs）和无定形碳构成的三维导电网络中。在0.5 Ag-1电流密度下,Si@C/PANI-CNT复合负极的循环500圈后的放电比容量保持在879 mAh g-1,循环50次后体积膨胀率仅为37.6%。即使在1 A g-1的高电流密度下,循环1000次后仍具有较好的稳定性,放电比容量保持在605 mAh g-1,这表明所构建的三维分层结构能够有效抑制脱/嵌锂过程中硅颗粒的体积变化,确保硅碳负极的结构稳定性和循环耐久性。（4）为修复硅负极中因体积变化产生的微裂纹,以确保活性物质与集流体之间有效电接触,通过原位聚合技术将硅材料、聚丙烯酸（PAA）和苯胺单体合成了具有导电自愈合功能的双网络结构硅碳复合材料。具有高回弹性的PAA-PANI聚合物（应变量可达690%）可有效缓解硅碳复合负极在脱/嵌锂过程中产生的应力,而硅与PAA-PANI间的氢键及静电吸引等相互作用,有助于抑制硅负极中微裂纹的扩展。在0.5 A g-1电流密度下,循环600圈后放电比容量稳定在952 mAh g-1。在2 A g-1大倍率下循环800圈后,放电比容量保持在600 mAh g-1,表明双网络结构的硅碳复合电极在高倍率下具有较好的循环稳定性。通过密度泛函理论计算揭示了结构稳定性与电化学性能之间的内在关系,从而为构建高比容量和长循环寿命的高性能硅碳负极材料提供了新思路和新方法。