目前,商用的锂离子电池主要采用石墨及改性石墨作为负极材料。尽管石墨有许多优点,比如接近锂金属电位的平台、较小的体积膨胀和较高的可逆容量。但是在高倍率充放电时会沉积金属锂形成“锂枝晶”,容易引起短路而发生爆炸的危险。改善石墨材料作为大型锂离子电池的不足,或者开发具有高倍率性能和高容量的新型负极材料已经成为当前大型锂离子电池领域研究的热点。与石墨材料相比,硬碳负极材料理论贮锂容量大,贮锂电位安全,抗过充过放能力强,能够快速充放电且与PC基电解液(凝固点为-50℃)相容性强。然而硬碳负极材料在锂离子嵌入脱出过程中存在着首圈的库伦效率较低和电压滞后(脱锂电位高于嵌锂电位)等问题,这导致材料的可逆容量利用效率低而浪费正极材料。如何提高硬碳负极材料的首圈库伦效率成为开发高性能硬碳负极材料的关键。而且改善石墨材料作为大型锂离子电池的不足以及开发具有高充放电倍率性能和高容量的新型负极材料也很有必要。基于以上的研究背景,本论文的研究致力于改善硬碳负极材料的电化学特性和探索新的具有高容量和高倍率充放电特性的负极材料。提出了将硬碳的前驱体酚醛树脂和沥青直接均匀混合的简便方法,开发出软碳均匀修饰的硬碳负极材料,使材料的首圈库伦效率和倍率性能相对于硬碳材料得到明显改善。此外,本论文还对石墨化多孔碳材料进行了探索,合成了具有微纳米多级孔结构的石墨化碳材料,并对材料的电化学性能进行了深入研究。对于硅-石墨烯复合电极材料的制备和电化学性能等方面的初步探索,本论文也有所涉及。本论文的具体内容如下：在论文的第三章,我们成功实现了一种软碳修饰硬碳的简单方法。以沥青作为软碳的前驱体,和本体材料硬碳的前驱体酚醛树脂直接混合,然后在不同的温度下热处理,合成出了系列软碳修饰的硬碳样品材料,然后对这一系列材料进行结构表征和电化学性能研究。通过TEM表征发现,软碳和硬碳均匀的混合在一起了。通过考测热处理温度对复合材料电化学性能(首圈效率,倍率和循环性能)的影响,我们发现在1200℃下处理5h得到的修饰的硬碳材料,其首圈库伦效率上升至81%,大大优于本体材料的库伦效率。通过考测不同软碳量对硬碳材料的电化学性能的影响,我们发现软碳的修饰效果是和热处理温度相关的,在同一温度下,增加软碳的修饰量对本体材料的电化学性能的改善效果不太明显,但略有改善,当其软碳含量达到30wt%是最优化的。优化出最佳的热处理温度(1200℃)和最佳的软碳修饰量(30wt%)。这一条件下制备的样品材料,其首圈库伦效率81%,具有优良的人倍率充放电特性,在15C倍率下仍能保有52%的初始容量。这是因为掺杂的软碳材料修饰硬碳材料表面和内部的微孔结构,使得整个材料无定形结构得到改善,减小了SEI形成过程中消耗的锂,从而提高首圈库伦效率。由于热处理温度不高,硬碳材料的结晶分散,则锂离子容易进出,便于增加电池的输出功率。但存储的锂离子的量较少,因此容量会变小。而且软碳材料的类石墨化结构提高了材料的导电性,也提高了材料的倍率性能。具有三维结构的微纳米电极材料不仅便于锂离子扩散传输,而且较薄的孔壁有利于锂离子的扩散,因此具有更大的容量和更好的倍率性能。本论文的第四章将模板法引入到合成工艺之中。我们以短颈的SBA-15为模版,通过低温化学气相沉积(CVD)的方法,得到了有序多级孔碳材料。通过高温石墨化处理,得到了比表面积140m2/g,介孔孔径为7.0nm和15nm的多级孔石墨化碳材料。我们对该材料进行了电化学性能表征,发现该材料具有较高的嵌脱锂可逆容量(在0.1C倍率下其可逆容量约430mAh/g),我们将该材料与传统石墨材料分别组装实验电池,以金属锂为对电极,测试材料的大电流特性,该材料表现出了优良的大倍率充放电特性,在10C(3.75A/g)倍率下放电时,其可逆容量还有210mAh/g,而此时传统的石墨材料已经无法正常工作。虽然高温处理使材料的晶型更有序,但也造成材料结构的坍缩,通过TEM图可以发现,还是形成了具有多级孔结构的石墨化碳材料。无序的多级孔结构保证了电解液的浸润和传输,以及较高的电导率,从而提高了比功率；同时较分散的微晶结构和微纳米孔缺陷可以提高材料的容量。该方法为我们提供了一种全新的合成制备途径,并可以延伸到人造石墨材料的制备合成过程之中石墨烯及氧化石墨烯是由碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状碳质新材料,其较大的比表面积、优异的导电性和良好的机械性能等使其十分适宜作为碳载体和导电剂。本论文第五章,通过改进的Hummer方法,以气相生长碳纤维(VGCF)为碳源,合成了像连在“树枝”上的氧化石墨烯材料。然后采用超声辅助法得到氧化石墨烯-纳米硅颗粒的前驱体,通过低温化学气相沉积(CVD)法得到RGO/Si复合材料。该方法制备得到的RGO/Si复合材料具有优异的电化学性能,其可逆容量在100mA/g的恒流测试条件下为1127mAh/g (0V～1.5V vs. Li+/Li),50圈后容量维持率达99.9%,循环性能明显优于纯的纳米Si颗粒。通过电镜表征发现,纳米硅颗粒均匀地分散在石墨烯载体上,CVD处理包覆的一层碳使得它们成为一个整体,而且使氧化石墨烯还原成石墨烯。依靠石墨烯骨架提高电极材料的导电性、缓冲体积膨胀的应力。制备得到的材料具有良好的分散型和机械性,包覆碳层的存在使得纳米Si颗粒和石墨烯成为了一个整体。缓解了纳米Si电极充放过程粉化失活的现象,因此所得材料具有良好的电化学性能。该材料由于性能优异制备方法简单,是具有广阔应用前景的硅基负极材料。