硅基和氧化锌基负极具有很高的比容量,有望成为下一代锂离子电池负极材料。然而硅和氧化锌在锂嵌入脱出时产生巨大的体积变化和本身较差的导电性严重影响了电极材料的循环稳定性和库伦效率等。为了进一步提升硅和氧化锌的电化学性能,本论文设计制备了三类不同特征的碳包覆复合材料,并以制备的复合材料构建高性能锂离子电池。同时研究复合材料微观结构特性与电化学性能之间的关系,从而实现根据实际需求调控材料微观结构的目标。针对硅基负极体系,首先,我们提出了采用热解聚偏氟乙烯包覆纳米硅制备Si/C复合材料,并研究聚偏氟乙烯对于硅表面的改善作用及电化学性能影响。研究表明,该Si/C复合材料具有良好的核壳结构,将有利于实现缓解体积膨胀和稳定SEI的双重功能。将其作为负极材料应用于锂离子电池时,复合材料展现了 69%的首次库伦效率;在0.2 A/g电流密度下循环50周容量保持率为72%。为了开发实用化的高比能量锂离子电池,我们设计并提出以光伏切屑硅废料和生物质木质素为原料,采用喷雾干燥及高温热解法制备具有独特结构的Si/C微球。该制备方法具有简单易行、绿色和规模化实施的优势,获得的Si/C微球不仅拥有利于离子扩散的多孔结构和利于电子迁移的导电网络,其二次粒子的微米尺度控制和高振实密度也有助于电极浆料的制备和电池体积比能量的提高。同时,我们通过不同电化学表征手段和电池性能测试,验证了该复合材料的可控结构稳定硅负极性能的机制。研究表明,Si/C-5:5-800电极具有高比容量和稳定的循环寿命,在0.5A/g的电流密度下循环200次以后,放电比容量为1418 mAh/g,容量保持率为83%,高于一般报道的硅基负极材料。此外,该负极材料具有高倍率性能,在5 A/g的电流密度下,放电比容量为988.8 mAh/g,该性能有助于获得兼顾高比功率和高比能量的锂离子电池体系。针对低成本、绿色无毒的氧化锌基负极体系,采用高能球磨法使石墨烯和氧化锌在高能撞击和摩擦能量下形成ZnO@G复合材料。得益于石墨烯的优良导电网络和机械稳定性,该复合材料展现出极为优异的电化学性能。在半电池研究基础上,将制备的负极材料分别与商用的钴酸锂(LiCoO2)和镍钴锰三元材料(NCM811)正极匹配,获得了高能量密度的全电池体系,验证了氧化锌基负极材料用于高比容量锂离子电池的可行性。