硅负极材料具有约4200 mAh g^-1的理论容量,适中的电压平台（0.4 V）,高的安全性,被认为是最有潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。但是,硅负极在充放电过程中存在巨大的体积变化（280%）,导致材料的粉化与电极结构的破坏,进一步导致容量的迅速衰减,严重制约了其工业化应用。目前,硅负极材料的改性方案主要是材料的纳米化、复合化。碳材料具有良好的导电性和机械性能,将其与硅纳米材料形成硅碳复合材料,能够有效缓解硅体积变化带来的问题,得到优异的电化学性能。针对硅负极存在的问题,本文主要从材料微观结构与电极宏观结构两方面进行了合理的结构设计,具体内容如下:（1）硅纳米片-碳复合材料。以层状材料硅化钙为原料,通过化学剥离的方法,制备得到了具有多层结构的硅纳米片,其氧化程度适中,厚度在30 nm左右,片层间距在100 nm左右。硅纳米片超薄的厚度以及片层间隙有利于缓解硅的体积膨胀。对硅纳米片进行化学气相沉积包覆碳后,得到硅纳米片-碳复合材料,表现出较高的可逆容量1200 mAh g^-1,以及良好的循环性能,150 mA g^-1的电流密度下,35次循环后容量保持率为91%。同时,该硅纳米片的制备方法简单易行、反应条件温和、产率高,为工业化制备硅纳米片-碳复合负极材料提供了可行方案。（2）硅-石墨烯三维多孔复合材料。以硅纳米颗粒、氧化石墨烯为原料,采用水热反应与热还原的方法,制备得到了硅-石墨烯三维多孔复合材料。石墨烯三维多孔骨架作为Si纳米颗粒的载体,提供了硅体积膨胀所需的空间以及良好的电子导电通路。硅-石墨烯三维多孔复合材料具有三维贯通的孔道、适当的孔径（500 nm左右）,表现出较高的可逆容量1173 mAh g^-1,以及优异的循环性能与倍率性能,40次循环后容量保持率为98.7%,1 A g^-1的电流密度下,可逆容量仍为837 mAh g^-1。同时,该硅-石墨烯三维多孔复合材料也为高性能硅碳复合材料的结构设计与制备提供了思路。（3）三明治结构硅碳复合材料电极。设计了一种新颖的三明治结构硅碳复合材料电极,包括表面保护炭层,中间活性物质层,底部缓冲炭层。底部缓冲炭层可以提高活性物质的附着力,表面保护炭层可以防止电极表面活性物质脱落。缓冲层与保护层相互协同,缓解了硅体积变化引起的应力,保持了电极的机械完整性,同时降低了电子转移阻抗。相对于传统单层结构电极,三明治结构硅碳复合材料电极表现出较高的可逆容量1230mAh g^-1;优异的循环性能,70次循环后容量不衰减;优异的倍率性能,750 mA g^-1的电流密度下,可逆容量仍在800 mAh g^-1以上;较低的电子转移阻抗9Ω。该三明治结构硅碳复合材料电极的制备简单易行、成本较低,为大规模生产高性能的硅碳负极提供了一种可行的生产方案。