进入21世纪以来,化工原料的大量使用导致环境污染和能源危机问题愈发严重。研究人员开始把注意力转移到可再生能源如太阳能、风能的发展上来,但是这些能源具有周期性的特点,需要进行能量存储。锂离子电池由于能量密度高、工作电压大、循环寿命长、无记忆效应、绿色环保等优点成为当前最具前景的储能技术,广泛应用于各个领域。目前商用的负极材料主要是碳负极材料,但其容量较低,无法满足目前高能量密度的商业化需求。而位于IVA族的Si、Ge等元素具有超高的理论比容量,被认为是替代商用石墨的理想材料。但是,Si和Ge在充放电过程中都有明显的体积效应,剧烈的体积变化使得电极材料粉碎、脱落,严重影响其电化学性能。目前常见的解决方案有纳米化,多孔化,合金化,碳包覆等。本文针对上述问题,分别采用快速凝固和气雾化制粉技术制备了前驱体合金,利用选择性腐蚀和脱合金的方法制备了不同种类的高性能硅基、锗基负极材料,并对其进行了微观形貌和结构的表征、电化学性能测试和储锂机制的研究。论文主要内容如下:1、锗基负极材料的脱合金制备及其储锂性能、储锂机理的研究。首先,通过快速凝固法制备了 Al-Si-Ge前驱体条带,采用选择性腐蚀和化学脱合金相结合的方法制备了多级孔纳米多孔Ge（np-Ge）样品。作为锂离子电池的负极,np-Ge电极具有良好的循环稳定性,在0.2 A g-1电流密度下,循环100次后的可逆比容量为1060.0 mAh g-1,在大电流1 Ag-1下的容量仍有767.1 mAhg-1。此外,电极在5 A g-1时的容量为844.2 mAhg-1,具有良好的倍率性能。进一步通过原位X射线衍射（XRD）技术揭示了 np-Ge和多孔Si-Ge（p-Si6Ge4）的储锂机制。2、硅基、锗基负极材料的大批量制备及其电化学性能的研究。为了解决前驱体合金无法大批量制备的问题,本文采用气雾化法大批量制备了 Al-Si-Ge前驱体粉末,采用选择性腐蚀、化学脱合金工艺制备了多孔Si-Ge（GA-Si6Ge4）和多级孔纳米多孔Ge（GA-Ge）。GA-Si6Ge4、GA-Ge电极在0.2 A g-1的电流密度下循环100圈后放电比容量分别可以达到1330.0/1158.8 mAh g-1,具有出色的循环稳定性。其中,GA-Ge电极即使在5.0 A g-1大电流下,容量保持率仍有51.4%,倍率性能优异。此外,通过循环伏安法（CV）、恒电流间歇滴定法（GITT）和电化学阻抗（EIS）测试证实了 GA-Ge电极具有更快的锂离子传输速率。最后,本文通过原位XRD技术对GA-Si6Ge4电极的储锂机制进行了探究。3、碳包覆Si（Si@C）负极材料的大批量制备及其储锂性能的研究。本文使用气雾化法制备了 Al-Si前驱体粉末,通过选择性腐蚀得到了 Si样品,并在上面包覆了不同质量的葡萄糖,采用高温热解法得到了包覆了不同质量碳的Si@C-1、Si@C-2、Si@C-3样品,探究不同碳包覆质量对其电化学性能的影响。本方法既降低了成本又可以解决Si本身电导率低的问题。研究发现,碳含量最高的Si@C-3样品在0.2Ag-1电流密度下循环250圈后,容量保持率仍有40.3%,且在1.0Ag-1的大电流下,仍有915.8 mAhg-1的比容量,当电流密度回到0.2 A g-1时的容量保持率达到77.8%,具有优异的循环稳定性和倍率性能。此外,Si@C-3样品的锂离子传输性能也得到了一定的提高。进一步利用微分电化学质谱（DEMS）分析了 Si@C-3电极首圈充放电过程中的气体产生情况并使用原位XRD技术揭示了 Si@C-3电极的储锂机制,证实了 Si在首圈充放电过程中的非晶化现象。