锂离子电池(LIBs)因其较高的功率和能量密度已成功应用于较多储能设备中。但是,他们的性能远远不能令人满意。大多数的商用LIBs使用理论容量较低的石墨(～360 mAh g-1)作为负极材料,为了满足更高的需求,探究其他高容量的负极材料是很有必要的。硅(Si)基材料的理论质量比容量高达3579 mAh g-1,工作电势适中(～0.01 V vs.Li+/Li),地壳丰度高达28%。因此,硅基材料引起了学术界和工业界的广泛关注。在这篇论文中,我们开发了一系列新型硅基材料作为锂离子电池负极材料,并对其结构/成分以及电化学性能进行了系统表征。详情如下:(1)这里,我们通过简单的镁热还原方法,合成了由金属-有机骨架(MOF)衍生的独特核-壳Si/SiOx@NC结构,其中,氮掺杂的碳(NC)包覆住了Si和SiOx基体。多孔N掺杂碳伴随着直接碳化和Si02还原为Si/SiOx一起产生。这些孔隙允许电解液渗透,缩短了锂离子(Li+)在固相材料中的扩散距离。得益于该核-壳结构,即使经过100次循环后,Si/SiOx@NC-650负极材料在100 mA g-1的电流密度下,首圈和第一百圈的容量分别能达到724 mAh g-1和702 mAh g-1。Si/SiOx@NC-650优异的循环稳定性可归因于核-壳结构以及Si/SiOx与MOF衍生的N掺杂碳间的协同作用。(2)我们以低成本的农副产品“稻壳(RH)”为基体,开发了一种从生物质中合成Si/C的简化过程。此过程包括将RH高温热处理得到SiO2/C和在一定温度下用熔融盐中A1还原SiO2/C。在此过程中,此过程不需要在Si02热还原之前除去碳,这在之前被认为是避免在高温下形成SiC所必需的一步。因此,源自生物质的碳可直接用于Si/C作为阳极材料。我们所得到的Si/C表现出在200 mA g-1的电流密度下,首圈充放电比容量可达841/1309 mAh g-1以及长达300圈的循环寿命的优异性能。我们的研究提倡一种新的,简化的合成RH-生物质来源的Si/C的策略,这对低成本,环保和绿色能源存储应用是有益的。(3)我们提出了一种通过低成本的粘土合成Si/rGO复合材料的经济有效且可规模化应用的方法。此外,这一复合材料在循环100圈后,在200 mA g-1的电流密度下呈现出了 1548 mAh g-1的比容量。且其在不同的电流密度下也表现出优异的速率性能。其优异的电化学性能可归因于rGO片对Si的包覆和其本身的介孔结构。