随着新能源汽车、通讯及可便携式设备等对锂电池高容量、高续航能力的需求,锂电池发展达到了一个瓶颈。目前,针对负极而言,广泛采用的是以石墨为主的各类碳基材料,其理论容量只有372m Ah g^-1,在实际应用过程中,已接近理论容量,其很难满足更高的容量要求。因此,对高比容量负极活性材料的研究一直十分迫切,其中硅和锂金属负极由于其超高的理论比容量,一直是人们的研究热点。然而,硅基负极材料在充放电过程中往往会发生较大的体积变化,导致硅粉化,失去电接触,以及连续的副反应,这些转变造成了硅基材料较差的循环寿命,并阻碍了硅基电池的广泛商业化;而锂金属负极不可控的锂枝晶生长,较大的体积膨胀,复杂的界面反应以及由此产生的低库伦效率和短寿命都阻碍了其实际应用与发展。本论文利用了硅碳复合材料对二者分别进行了改性,进行了不同的结构设计,使得硅碳复合材料以及锂金属负极的电化学性能有了极大的提升,主要研究内容包括以下两个部分:在本研究中首先提出了一种低成本,可规模化生产的方法,用于制备高性能硅碳负极,主要是通过碳化粘结剂来改善硅碳负极界面接触,提高硅碳负极整体的导电性以及材料的首次充放电性能。主要通过将粗硅粉碎后加入一定量的粘结剂以及助磨剂混合在密封条件下进行高能反应球磨,干燥以后进行碳化,从而借助碳化的粘结剂强化了硅基材料界面的力学稳定性,而通过掺杂CNT,构建了三维导电通道大幅度提高了硅碳负极的电化学性能,该方法比较简单具备工业化生产的基础。其次,本论文合成了硅量子点并将其均匀的分散到了层状还原氧化石墨烯层间隙中,并以硅量子点为成核位点成功制备了三明治结构的锂金属负极。由于硅量子点的亲锂性,锂的生长从不安全的负极/隔膜界面被引导到层间位置,有效的提升了硅量子点掺杂的三明治结构锂金属负极的循环性能和安全性。均匀分布的硅量子点和分层的电极结构调节了锂的电镀和剥离,避免了表面锂的生长和固体电解质膜的持续累积,这种夹层结构的生长导向策略为高能量锂基电池负极的制备提供了一种新的方法。