新能源行业是当今社会冉冉升起的新兴行业。新能源汽车是其中最具发展前景的产业之一。动力电池作为新能源汽车的动力来源,对其续航能力的要求也越来越高,故而高储能密度的锂离子电池越来越受关注。就现有的商用锂离子电池而言,常用的正极材料的石墨的实际容量几乎达到理论容量（372m Ah/g）,在容量提升方面非常有限,同时也无法满足高密度储能的要求。硅材料以其高达3578m Ah/g的比容量、丰富的自然资源、较低的电位等优点,成为下一代高储能密度的新型锂离子电池负极材料之一。但是,Si应用在电池负极材料时会发生巨大的体积膨胀（～300%）,同时自身的导电性也差。在科研工作者提出了各式各样的纳米结构来缓解Si在循环时出现的体积膨胀,但是纳米结构的制备工艺成本较高,难以实现规模化生产。镁热还原由于可以获取低成本、可规模化的Si负极材料,是一条非常有前景的研究方向。但是,较低的还原程度（40%～60%）是最大缺陷,不仅导致Si的利用率降低,还会降低储能密度。本文主要研究的是如何提高镁热还原的反应程度,主要针对镁热还原过程中混合均匀性对还原程度的影响。对镁热还原过程中的热力学和动力学进行分析,解释了混合均匀性在镁热还原过程中对硅收率的影响;紧接着,通过几种不同的混合方式,对气相法白炭黑进行镁热还原制备出纳米Si,来验证混合均匀性对镁热还原的还原程度的影响;提出Mg与SiO₂之间的包裹模型,形成单个Mg颗粒与SiO₂颗粒之间的微反应器,进一步提高镁热还原的反应程度。主要的研究成果如下:（1）镁热还原反应是一个分两步发生的串式反应。第一步为Mg与SiO₂反应生成Mg₂Si,直到Mg消耗完为止,反应速度较快;第二步为Mg₂Si作为还原剂继续还原剩余的SiO₂物料。反应的第二步中镁的分解压极低（相较同温下Mg蒸发气压,低了100倍）,而且镁热还原的第二步反应是一个律速反应。无论是Mg颗粒（或液滴）蒸发、固体（SiO₂）物料孔道间扩散,还是从SiO₂颗粒表面渗入（固体内扩散）进入到反应界面,其迁移速率和通量较低,反应很慢,从而阻碍整个镁热还原反应的完成。而且反应物料的混合均匀性低于毫米尺寸,分解Mg蒸气需要有宏观尺寸距离的扩散,所以第二步的反应时间长,反应速度慢。（2）通过手动、磁力搅拌、动力搅拌、球磨这四种混料方式,得到不同的混合程度的物料,在一定条件下进行镁热还原,得到了不同收率的Si物料,并且SiO₂到Si的转化率不断提高。（3）通过对镁粉表面进行改性,利用正硅酸乙酯的水解缩聚在镁粉表面直接生成SiO₂,得到具有一定的核壳结构的mPs-Mg@SiO₂颗粒,而且SiO₂壳的厚度是可控的。mPs-Mg@SiO₂经镁热还原后,其初级颗粒及原始团簇结构形貌能够被保持下来,最终形成了一个双重孔型结构的Si颗粒硅球。而且得到的硅颗粒的硅收率可达到92%,也进一步说明微反应器模型在一定程度上缩短了物料的距离,缩短了Mg蒸气的扩散距离,缩短反应时间,从而提高反应程度。（4）将得到的还原Si进行导电C层包覆,将得到后的复合材料用作锂离子负极材料,不同还原程度下的Si的电化学性能有着明显的差别,还原程度越高,导电性越高。其中,球壳结构的硅碳复合材料具有很好的导电性,主要归因于壳状双重孔型结构,空心结构为充放电过程中的体积膨胀提供了缓冲空间,并且壳上的纳米孔道为充放电时Li⁺提供了通道。本文的创新点与特色之处在于:从热力学、动力学角度解释了镁热还原的过程,解释了镁热还原反应是一个串式反应,解释了物料的均匀性对镁热还原的重要性。通过对比不同的混料方式以及镁热还原程度,验证了均匀性对镁热还原还原程度的影响。对镁颗粒进行表面包覆形成μPs-Mg@SiO₂微反应器,同时在镁热还原酸蚀后保留了壳状结构,得到了具有壳状双重孔型结构的微米硅球,并且得到了较高的还原程度,制备的电极材料同时也具有较高的容量。