硅负极的理论比容量高达4200 m Ah g-1,具有较低的嵌锂电位,使得锂离子电池具有相对较高的电压平台,同时硅是地壳中极为常见的一种元素,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中,被认为是取代传统锂离子电池用石墨负极材料来构建下一代高性能锂离子电池的主要负极材料。然而,硅负极材料本身也存在一些缺陷,如在充放电过程中会产生明显的体积膨胀,从而导致电池中极片的极化增大、循环性变差,更使电池有失效的风险,且硅本身具有半导体性质而电导率差等,成为硅基负极材料大规模商业化应用的阻碍。因此,当前对硅基负极材料的研究已成为众多科研机构、负极材料生产企业和电池生产企业的研发重点。本文通过优化硅碳负极材料的颗粒结构,缓冲硅颗粒在充放电过程中的体积膨胀,并通过生成或添加导电介质提高硅碳复合材料的导电性,明显地改进了硅基负极的性能,取得的主要创新成果如下:（1）为了缓冲硅碳复合材料的体积膨胀,设计并制备了二次颗粒结构的硅/无定形碳/石墨/沥青碳（Si@C/Gr@C）。通过多次化学气相沉积（CVD）包覆及等静压技术,利用沥青、石墨、硅为原料合成复合材料Si@C/Gr@C。发现CVD对Si进行处理,能在纳米硅的部分表面形成一层类似石墨烯的包覆层,从而提高了材料的导电性和较好地缓冲了体积膨胀。半电池测试表明:该复合材料的放电容量1295 m Ah g-1,首次库伦效率（ICE）为91.2%。另外,通过扣式全电池测试,在0.5 A g-1的条件下,发现Si@C/Gr@C样品循环100周后容量保持率为90%。对纳米硅表面进行预处理,在纳米硅的部分表面形成一层类似石墨烯的包覆层,既能提高复合材料的电导率,又能缓解硅颗粒在充放电过程产生的体积膨胀,提高材料结构稳定性,进而提高了电池的循环性能。（2）为了进一步提升硅碳负极材料的电导率,在复合材料中加入碳纳米管,设计并制备了具有猕猴桃结构的硅/碳纳米管/石墨/碳（Si/CNTs/Gr/C）复合材料。首先通过静电自组装将硅纳米颗粒与碳纳米管均匀复合,形成交叉式的内部导电网络结构。然后,通过球磨和喷雾干燥方法形成Si/CNTs与石墨复合材料,一方面,石墨能稳定复合材料结构,形成骨架支撑,以增加负极材料的首效;另一方面,外层热解碳能物理隔离电极液的侵蚀,进一步提高复合材料的结构稳定性,同时还能大幅提升锂离子在复合材料表面的扩散速度。电化学性能测试表明:复合材料Si/CNTs/Gr/C具有高的质量比容量以及优异的循环稳定性;在0.1 A g-1的条件下,Si/CNTs/Gr/C电极具有较高的初始放电容量(1450.6 m Ah g-1),初始库仑效率（ICE）为76.8%;Si/CNTs/Gr/C电极在0.2 A g-1电流密度下循环100周后,容量保持在670.3 m Ah g-1。（3）为了提高材料的导电性及硅碳复合材料的循环性能,通过喷雾干燥和静电自组装工艺制备了球型石墨/纳米硅/石墨烯/碳复合材料（Gr/Si/r GO/C）,利用石墨作为提高纳米硅导电性的载体和基质材料。氧化石墨烯是复合材料在循环过程中具有良好导电网络和低欧姆电阻的关键。碳包覆层的引入可以防止纳米硅与电解液的直接接触,强化Gr、GO和Si的结合。电化学性能表明:复合材料Gr/Si/r GO/C具有优异的循环稳定性,在电流密度为200 m A g-1的情况下,Gr/Si/r GO/C复合材料具有1212 m Ah g-1的高放电容量,初始库仑效率（ICE）为80.4%,100循环后的容量保持率为81.7%。（4）为了降低复合材料的极化作用,提高材料的导电性,缓解材料的体积膨胀,利用静电自组装及冷冻干燥等技术,设计并合成了多孔硅/石墨烯/碳复合材料（Si/r GO/C）。主要利用纳米硅、酚醛树脂、氧化石墨烯为原料,通过电荷自组装工艺将纳米硅造粒形成多孔结构并与氧化石墨烯均匀复合,通过CVD工艺在多孔硅-氧化石墨烯复合材料表面包覆一层纳米碳膜,这种多孔硅碳复合材料的结构设计有效地改善材料的循环性能。同时,在多孔硅中引入石墨烯降低了充放电过程中的极化作用。另外,在前驱体表面包覆一层致密的碳包覆层有效地避免纳米硅与电解液直接接触,避免固体电解质界面膜（SEI膜）在循环过程中迭代增长。电化学性能表征表明:在0.5A g-1电流密度下,循环100周后,放电比容量仍保持1465 m Ah g-1,并保持81.3%的容量保持率。此外,以Si/r GO/C作为负极材料制备全电池,在循环800周后,放电容量仍有446.4 m Ah g-1,容量保持率仍高于80%。