商用石墨负极的实际容量已接近其理论极限,为了满足高能量密度锂离子电池的发展需求,亟需研发新型的高容量负极材料替代石墨负极。硅基材料因具有高的理论容量、丰富的矿产储量以及较低放电平台最有望应用于下一代高能量密度锂离子电池负极材料。但是,硅负极材料巨大的体积膨胀效应、差的导电性以及低的首次库伦效率（ICE）等问题严重阻碍了其商业化应用。针对以上问题,本论文以具有商业化前景的SiOx、纳米硅、多孔硅为研究对象,基于电导率高、结构稳定的氧化石墨烯纳米带（GONRs）和立式石墨烯（VG）新型碳材料,采用物理混合、静电吸引、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）等技术手段设计并构筑了一系列硅碳复合材料以提高硅负极的储锂性能。另外,为了减小硅碳复合材料的首圈不可逆容量损失,提高首次库伦效率,本论文对硅碳复合材料进行预锂化处理,系统地研究了预锂化工艺对ICE的影响。主要研究内容如下:1.针对商业化SiOx循环稳定性和倍率性能差的缺点,通过物理混合法成功合成了GONRs和氮掺杂碳包裹SiOx的复合材料（SiOx@NGONRs）。研究对比了SiOx、GONRs包裹SiOx复合材料（SiOx/GONRs）、SiOx@NGONRs的电化学储锂表现。GONRs和氮掺杂碳的双重包裹,不仅改善了SiOx的导电性,而且有效地抑制了SiOx的体积膨胀,保证了SiOx@NGONRs在循环过程中的结构稳定性。SiOx@NGONRs电极在0.5Ag-1循环200次后,其容量可达919mAhg-1;5Ag-1电流密度下可逆容量为419mAhg-1,实现了优异的充放电性能。另外,为了减少锂离子在首圈循环的不可逆消耗,通过物理接触静压法改善了SiOx@NGONRs的ICE,系统研究了静压时间对ICE的影响规律。2.为了解决纳米硅体积膨胀大,导电性差的劣势,通过静电吸引自组装的方法制备了GONRs紧密缠绕纳米硅的复合材料（Si/GONRs）。纳米硅和GONRs强的界面相互作用以及GONRs的3D网络结构可同步提高纳米硅的导电性、防止纳米硅的聚集并抑制硅的体积膨胀。研究了不同添加量的GONRs对复合材料电化学性能的影响。最优比例的复合材料Si/GONRs-0.4实现了优异的循环稳定性(在0.5A g-1下循环300圈容量为1516mAhg-1)和倍率性能(6Ag-1时容量为730mAhg-1)。研究了不同预锂化时间梯度对Si/GONRs-0.4复合材料ICE的影响。分析了预锂化对电极片微观形貌、元素组成以及循环性能的影响。3.以低成本、高性能的硅碳负极材料为研究目标,采用多孔硅在壳聚糖诱导的强静电吸引相互作用下成功合成了氮掺杂GONRs包裹多孔硅的复合材料（npSi@NGONRs）。通过与简单物理混合制备的GONRs和多孔硅复合材料（npSi/GONRs）相对比,深入研究并阐明了静电相互作用对储锂性能的影响规律和作用机制。氮掺杂GONRs的紧密包裹不仅增加了多孔硅的导电性,缓冲了硅的体积膨胀,同时避免了多孔硅和电解液的直接接触。进一步地,从微观结构和元素组成层面分析讨论了预锂化过程形成的SEI膜,阐释了预锂化减小复合材料首圈不可逆容量损失,提高ICE的机制。4.多孔硅经氮掺杂GONRs包裹改性后表现出优异的循环稳定性,但是比容量还有待提高。对此,通过PECVD设计了一种新型结构的多孔硅@立式石墨烯复合材料（PSi@VG）。研究对比了不同CVD生长时间对PSi@VG微观结构的影响,探讨了立式石墨烯的生长机制。PSi@VG内部丰富的多孔结构能够有效地为硅的体积膨胀提供缓冲空间,同时石墨化度高的立式石墨烯增强了复合材料的导电性,促进了快速的锂离子扩散和电子输运;此外,立式石墨烯作为保护壳层,和多孔硅结合力强,保证了PSi@VG颗粒的结构稳定性,从而赋予PSi@VG优异的储锂性能(在0.2Ag-1循环100圈容量为1744mAhg-1,10Ag-1的大电流下容量保持在819mAhg-1)。进一步地,为了提高PSi@VG的ICE,采用液相化学预锂化对PSi@VG进行预锂化处理,系统研究了不同的预锂化试剂、试剂浓度以及预锂化时间对复合材料ICE的影响规律。