硅是目前为止对锂的特异性容量最高的负极材料，由于其在地壳中的储量大、毒性低等优点，硅也被认为是最有潜力的锂离子电池负极材料之一。但硅在充放电过程中伴随着的剧烈的膨胀/收缩效应会导致容量快速衰减。本学位论文以提高硅负极材料的比容量和循环稳定性为研究目标，开发研究了多种中空硅纳米结构及其与碳材料的复合结构。具体的研究内容包括:硅纳米管束状结构(Si NBs)的设计、合成及其充放电性能研究;石墨烯包覆的硅纳米管束状结构(SiNBs@G)的设计、合成及石墨烯的增强机制研究;无定型碳包覆的硅纳米海绵状结构(Si@C NSs)的设计、合成及其电化学性能研究。取得了如下结果:　　一、 Si NBs锂离子电池负极材料的设计、合成及其电化学性能。采用溶液法结合镁还原法成功制备了Si NBs。优化了反应参数:最优的HAP NBs模板的合成方案为采用双元聚电解质体系（聚乙烯亚胺+顺丁烯二酸），以尿素为OH-缓释剂，在120℃下以水热法经过48小时的条件下合成; Si NBs管壁厚可通过改变氨水的用量来控制;最理想的Si NBs样品是在惰性气氛下，650℃，采用Mg/SiO2摩尔比为2.5的条件下还原SiO2 NBs而得。通过对所合成的Si NBs样品进行电池组装，并在200mAg-1的条件下进行电循环测试。经过测试我们发现，经过50圈的循环，Si NBs样品的循环比容量可达240 mAh g-1，是同种条件下合成的硅实心纳米小球循环比容量的四倍(约61mAh g-1)。　　二、 Si NBs@G锂离子电池负极材料的设计、合成及石墨烯的增强机制。石墨烯由改进的hummers方法合成。电化学测试结果表明，通过对Si NBs包覆石墨烯，所合成的Si NBs@G经过600圈的循环后可以得到一个逐渐上升的比容量(～765mAh g-1)，约为Si NBs的五倍，这种容量逐渐上升的现象是由富锂相的产生而造成。表征结果表明，石墨烯包覆层可以提高有效活性物质的质量，同时，作为SiNBs的外衣，石墨烯还有保护结构、避免硅材料产生碎化脱落的作用　　三、 Si@C NSs负极材料的设计、合成及其电化学性能。采用绿色环保，可量产的镁还原法对Si@C NSs进行合成，所用模板为廉价、易得、无污染的氧化锌纳米团聚体;所用碳源为安全、无毒的葡萄糖;将所合成的Si@C NSs进行电池封装，考察了其作为锂离子电池负极材料时的电化学性能。结果表明，在200mAg-1的电流密度下，0-1.5V电压范围内循环500圈，容量仍有617 mAh g-1。远高于500圈后SiNSs的循环比容量。原因是无定型C外壳在镁还原过程中对SiO2内核起着保护作用，使还原过后的Si@C NSs结构更完整，相反，没有C外壳的SiNSs在还原过程中会产生很多碎屑状硅，从而导致容量衰减较快。