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近年来,便携式电子设备和电动汽车在人们日常生活中快速普及发展,制备更高能量密度和更长循环寿命的锂离子电池面临巨大挑战。与传统的商业化石墨负极相比,硅材料具有超高的体积和质量比容量,因此成为最具应用前景的锂离子电池负极材料。但是,在充放电循环过程中,硅基材料因严重的体积膨胀效应使电极材料发生粉化,进而导致迅速的容量衰减。目前的研究重点集中在如何解决硅的体积膨胀。本论文选取硅碳复合纳米材料作为研究对象,通过设计和合成具有不同结构和组分的硅碳复合纳米材料来提高电极材料电化学性能。具体来说,我们利用简单的水解包覆法、镁热还原法、化学气相沉积法、溶液水热法、热分解法和喷雾干燥法等不同手段成功制备了一维MWCNTs@Si复合纳米材料、MWCNTs@Si/SiOx@C核壳结构复合纳米材料、二维RGO@Si复合纳米材料、Si@C复合纳米管、多孔Si/SiOx复合纳米材料、超细多孔硅碳复合纳米材料等。基于复合材料结构和组分的优势,以上硅碳复合纳米材料电极均显示出优异的电化学性能。本文取得的创新成果如下:（1）采用简单的镁热法将MWCNTs@SiO2纳米同轴电缆进行还原得到硅颗粒均匀镶嵌于碳管上的MWCNTs@Si复合纳米材料,并通过控制酸处理条件和碳包覆工艺进一步获得MWCNTs@Si/SiOx@C核壳结构。作为锂离子电池负极材料,MWCNTs@Si复合纳米材料表现出优于体硅电极和纯碳纳米管的可逆容量和循环稳定性,而相比MWCNTs@Si,MWCNTs@Si/SiOx@C复合纳米材料电极因其独特的三层核壳结构优势,实现了循环寿命的大幅度提升。（2）将SiO2微球沉积在氧化石墨烯表面,通过原位镁热反应得到硅颗粒均匀负载在石墨烯片层上的RGO@Si复合纳米材料。作为锂离子电池负极,RGO@Si复合纳米材料展现出了稳定循环性能、高可逆比容量和优异倍率性能。（3）利用水热法合成的ZnO纳米棒作为模板,通过层层自组装的方法合成具有核壳结构的ZnO@SiO2复合纳米棒,然后采用乙炔裂解碳包覆和酸洗的方法制备SiO2@C纳米管,最后经可控的镁热还原反应后得到多孔的硅碳复合纳米管材料。因其独特的多孔纳米管状结构和稳定的碳包覆层,硅碳复合纳米管电极表现出了优异的比容量、循环稳定性和倍率性能;此外,在含碳酸亚乙烯酯添加剂的电解液体系下,硅碳复合纳米管电极的循环稳定性得到显著提高。（4）以硅化镁粉体为原料,通过控制硅化镁热分解时的条件结合后续酸洗过程获得具有不同厚度SiOx层的多孔Si/SiOx复合纳米材料。SiOx层的厚度对充放电性能有较大影响。SiOx层厚度为9 nm（氧含量16%）的多孔Si/SiOx复合纳米材料电极在1Ag-1的大电流深度充放电500个循环后,可逆容量保持在915 mAhg-1,并详细研究了不同厚度SiOx层的嵌锂机制;采用球磨原料硅化镁、硅与镁粉复合一步或两步法等多种手段制备出具有不同粒径的超细多孔硅碳材料,循环寿命提高至1000次,具备一定商业化应用前景;利用无机CO2气体作为碳源制备多孔的硅碳复合纳米材料,并探究其形成机理,电极材料表现出优异的锂电性能。