锂离子电池由于具有能量密度高，无记忆效应和工作电压高等优势，因此广泛应用在手机、笔记本电脑及数码相机等电子产品领域。目前商业锂离子电池负极多数会选用循环性能较好的石墨作为负极材料，尽管随着技术的改进，石墨的实际比容量已接近理论值（372mAh/g）,但很难再有质的提升，难以满足未来高比容量电池的发展需求。为了满足高能量密度锂离子二次电池300Wh/kg以上的需求，高容量低成本低电压平台的硅基材料是具有极大的潜力。但是其在充放电过程中，由于锂化和脱锂循环期间巨大的体积变化（300％）,造成颗粒粉碎和其表面的固相电解质层（SEI）重复形成，最终导致硅基负极容量的损耗和循环性能较差等问题。而碳材料由于具有优异的电导率并且充放电过程中结构稳定，常常被用于“缓冲基体”形成复合材料。并且，硅材料与碳材料的嵌锂电位也非常相近，结合两者的优势互补则有可能得到具有长循环稳定性和高比能量的硅碳负极复合材料，鉴于上述目的，本文采用不同的工艺制备一系列硅碳负极材料并对其进行电化学性能研究。结果如下：
　　以纳米硅为硅源，盐酸多巴胺，氧化石墨烯，间苯二酚-甲醛作为碳源材料，通过一种简单的多巴胺前驱体包覆纳米硅，并将其沉积在氧化石墨烯碳层上，再用酚醛树脂包覆，结合后续的碳热还原过程，制备一种多层碳包覆的Si@C/GO/C复合材料。通过电化学性能测试得到，Si@C/GO/C复合料材在0.2A/g的电流密度下循环90圈后可逆比容量仍为1099mAh/g，在1A/g的电流密度下循环200圈可逆容量为743mAh/g，说明该复合材料具有较好的循环稳定性；在倍率性能测试中得出，Si@C/GO/C复合料材在3A/g的高电流密度下，平均放电比容量为532.9mAh/g，表明该复合材料也具有优异的倍率性能。合理有效的多层碳包覆结构设计能有效地缓解Si颗粒在充放电过程中的体积膨胀，因此Si@C/GO/C复合材料能获得优异的循环稳定性和倍率性能。同时盐酸多巴胺作为碳源，N掺杂碳以及石墨烯的引入不仅将Si颗粒和电解液隔离开，而且能够提高电极的导电性，并使材料的循环稳定性和倍率性能有较大的提什。
　　以微米硅为硅源，Sb2S3为硬模板，间苯二酚-甲醛作为碳源，通过简单的机械球磨法与碳热还原法制备了一种独特的Si@Void@C复合材料。通过电化学性能测试得到，Si@Void@C复合材料在0.5A/g的电流密度下，经过500圈循环后，可逆容量为735.9mAh/g，在倍率性能测试中，Si@Void@C复合材料在3A/g的电流密度下放电容量为354.8mAh/g。结果表明，Si@Void@C复合材料表现优异的循环稳定性和倍率性能。这归因于硅核与碳层之间的空隙和碳壳可以减缓硅纳米颗粒在充放电过程中的体积膨胀，保持结构稳定性。同时碳材料的包覆可以提高复合材料的导电性。
　　以NaCl为硬模板，以商用微米级Si粉作为Si源，抗坏血酸作为碳源，采用湿式球磨法合成了一种Si纳米颗粒嵌入二维碳纳米片中，即Si@GC复合材料。通过电化学性能测试得到，该2DSi@GC纳米片复合材料在0.5A/g的电流密度下循环400圈后展现出1450.7mAh/g的高容量，并在3.0A/g的电流密度下保持877.4mAh/g的高可逆容量，表现出杰出的循环稳定性和出色的倍率性能。这可归结为纳米级的Si NPs可以大大降低放电/充电过程中的机械应力，并提供较短的Li+扩散路径。石墨化的碳壳不仅可以缓冲Si NPs的体积膨胀，而且可以增强电子导电性。另一方面，二维碳纳米片可以大大缩短Li+的扩散路径，并在循环过程中防止Si NPs的团聚。