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锂离子电池因其能量密度高、寿命长和重量轻等优点,在电动交通工具和电子产品领域得到广泛应用。锂离子电池的能量密度与电极材料密切相关,石墨作为一种商业化负极材料,已基本达到理论比容量,为了进一步提高锂离子电池的容量,迫切需要开发高性能负极材料。Si材料因其高理论容量、高安全性和在地壳中的丰富储量而受到广泛关注。然而,Si材料在充电过程中体积会发生较大膨胀,导致电极材料粉化,影响Si电极材料的电化学性能,严重制约Si基材料的产业化应用。研究表明,将Si进行纳米化,以及利用其它材料对纳米Si进行包覆改性,可以很好的改善其电化学性能,提高Si材料的循环性能和库仑效率。基于此,本论文通过选择合适的改性相,采用相对简单的制备和合成方法,经过结构的设计得到不同类型的Si基负极材料,实现对纳米Si的充分分散、固定和包覆,达到控制材料膨胀空间和提高导电性的目的,逐步提高Si基负极材料的电化学性能,同时还利用储量丰富的煤系高岭土开展了多孔纳米Si的制备,为低成本可控化制备纳米Si材料提供参考思路,具体研究内容和结果如下:（1）以高富氮物明胶作为原料,利用凝胶法、冷冻干燥法和碳化法制备了富氮硅碳复合材料。利用明胶的特殊凝胶性质,通过工艺的控制,将纳米Si均匀分散固定在水凝胶中。再利用冷冻干燥得到蓬松状三维气凝胶,经过碳化气凝胶得到富氮硅碳复合材料。与普通加热干燥得到的硅碳负极材料相比,纳米Si在复合材料中得到充分的分散。氮的掺杂可以有效提高材料的储锂和导电性,在0.1 A g-1的电流密度下,经过100次循环后,放电比容量为528.1 m Ah g-1,库仑效率达99.7%。（2）以氧化石墨烯、纳米Si、聚合物单体（丙烯酰胺）、网络剂（N,N-亚甲基双丙烯酰胺）为原料,利用高分子网络法和碳化法制备三维网络结构氮掺杂碳/硅/石墨烯复合材料（Si@NC/rGO）。在交联聚合反应后,纳米Si嵌入到三维碳骨架中,三维结构对纳米Si起到很好的固定作用,有效抑制Si在充放电过程中的体积膨胀。同时氮掺杂的碳骨架和高导电性石墨烯,在提高复合材料导电性方面也有积极作用。Si@NC/rGO复合材料作为锂离子电池的负极材料,具有较大的可逆比容量、良好的循环稳定性和优异的倍率性能。在经过0.1和2 A g-1的电流密度100循环后,复合材料的放电比容量分别维持在945.8和528.5 m Ah g-1,库仑效率分别为98.4%和99.8%。（3）采用溶剂热法和碳包覆法结合制备片状多孔二氧化钛包覆硅碳复合材料（Si@TiO2@C）,首先利用溶剂热法将纳米Si插入TiO2片片中,然后再用碳进行包覆形成片状Si@TiO2@C复合材料。复合材料特殊的片状多孔结构和表面的碳层,在充放电过程中对Si的膨胀起到了有效的缓冲作用,来改善Si材料的循环性能。同时,多孔TiO2的特殊孔径结构也有利于Li+在电极中的快速扩散,从而提高材料的倍率性能。该复合材料经过0.1和2.0 A g-1的电流密度100次循环后,复合材料的放电比容量保持在967.4和531.5 m Ah g-1,库仑效率分别为98.6%和99.2%。（4）以储量丰富的煤系高岭土为原料,通过球磨、煅烧、选择性浸出、镁热还原等工艺制备多孔纳米Si。该多孔纳米Si由于其独特的多孔结构缓冲了体积膨胀,在不作任何进一步修饰的情况下,作为锂离子电池负极材料表现出良好的电化学性能,首次库仑效率高达80.0%,在电流密度为0.1 A g-1时,经过100次循环后,材料的放电容量仍然保持在546 m Ah g-1,库仑效率为98.8%。利用高储量的原材料制备多孔纳米Si,制备工艺简单可控,为多孔纳米Si的制备提供了一种新的思路。