纳米硅-碳负极具有高比容量和适宜的嵌/脱锂电位,将其与高性能三元正极材料匹配,是最有可能应用于高性能锂离子电池的负极材料。然而,当前纳米硅-碳基负极材料仍然存在制备成本高、工艺复杂以及电化学性能不稳定等问题,故深入研究其制备、嵌/脱锂过程界面现象及电化学性能具有重要的理论和应用价值。本论文基于电子束蒸发物理气相沉积制备纳米晶硅,研究硅纳米颗粒和纳米硅-碳（石墨）负极材料的制备技术,揭示嵌/脱锂过程负极材料的结构演变规律,表征负极材料的循环和倍率等电化学性能,分析容量衰减机制并提出优化方案,为制备高性能锂离子电池负极材料提供理论指导和工艺依据。通过系统研究,本研究获得如下重要结论及成果:（1）通过电子束蒸发和研磨实现了硅纳米颗粒的可控制备。物理气相沉积纳米晶硅疏松多孔,晶粒平均尺寸为33 nm。探究物理气相沉积纳米晶硅微观结构和生长规律,从理论上提出氩气调控气态硅迁移路径和通量。氩气流动方向与硅熔体表面平行且速度为1.16 m·s-1,不仅增加气态硅蒸发量,而且将气态硅集中迁移至出气口,实现高效制备物理气相沉积纳米晶硅。以乙醇为助剂,研磨物理气相沉积纳米晶硅,得到中值粒径50 nm的硅纳米颗粒。该硅纳米颗粒以非晶态硅为主、晶体硅为辅,表层主要是多价态的硅氧化合物。（2）探究了纳米硅-碳负极材料嵌/脱锂过程结构稳定性和Li15Si4合金演变,并阐述其机理,为硅纳米颗粒与碳复合为电化学性能更加稳定的负极材料提供理论依据。研究发现核壳结构纳米硅-碳负极材料嵌/脱锂时发生剧烈的结构和物相变化:硅和碳因硅体积膨胀而破碎;锂离子因扩散动力滞后于电子扩散动力而聚集在局部位置,显著降低局部位置的电极电位。电流密度越大,锂离子聚集越严重,诱发Li15Si4合金于较高电压时在局部低电极电位位置不均匀地生长,破坏电极嵌/脱锂稳定性。（3）基于Li15Si4合金的演变规律以及电极界面现象,改进和设计负极材料。自组装法制备包覆结构纳米硅-碳负极材料（硅:57.0 wt.%,中值粒径125 nm）。得益于硅烷偶联剂强化硅纳米颗粒与碳的复合,该负极电化学性能优异:0.1 A·g-1嵌/脱锂时,初始脱锂比容量为1178 mAh·g-1,100圈后容量保持率为84%;1 A·g-1嵌/脱锂时,初始脱锂比容量为837 mAh·g-1,800圈后容量保持率为85%;倍率性能良好,特别是10 A·g-1电流密度时仍高达404 mAh·g-1。（4）在纳米硅-碳负极材料的基础上,为了探究高石墨含量条件下硅纳米颗粒粒径对电化学性能的影响,进一步设计了硅纳米颗粒粒径不同的包覆结构纳米硅-碳/石墨负极材料（10.5 wt.%Si）。得益于中值粒径51 nm的硅颗粒显著缓解了体积应变,使得活性物质与集流体之间电子接触性以及Li15Si4合金脱锂可逆性得到强化,该负极电化学性能优异:0.1和1 A·g-1嵌/脱锂时,初始脱锂比容量分别为505和308 mAh·g-1;循环500圈后,容量保持率分别为86.3%和91.5%;经高、低电流密度循环后,容量100%恢复到初始值,表明倍率性能十分优异。本研究的硅纳米颗粒和纳米硅-碳（石墨）负极材料材料制备工艺简单且环保;结合检测、数值模拟、理论分析等,从嵌/脱锂过程负极材料微观结构变化和Li15Si4合金生长、脱锂等演变的角度深入探索纳米硅-碳（石墨）负极电化学性能及其影响机理,为纳米硅-碳材料体系负极的制备提供了可行思路。