可再生能源的利用需要稳定的储能装置,锂离子电池以其循环寿命长、重量轻、无记忆效应、自放电率小等优点在储能领域得到广泛应用,涉及到新能源汽车、风光发电储能、信号基站、小型可移动设备等。随着现代社会生活节奏的加快,人们对锂离子电池能量密度的要求越来越高。目前商业化的石墨负极材料因其较低的理论容量难以满足高能量密度的要求,高容量负极材料成为一种趋势。硅基负极材料理论比容量高、电压平台低、储量丰富,有很大的发展空间,但体积膨胀率大、导电性差严重阻碍了该材料的进一步发展。因此,深入研究如何解决硅基材料循环性差、倍率性差等缺点具有很重要的现实意义。本论文通过分析硅基负极材料的失效机制,设计出纳米硅-多孔碳、纳米硅-多壁碳纳米管-多孔碳结构,使硅基负极材料的循环性能、倍率性能得到明显提升。主要研究结果总结如下:(1)以天然多孔的面粉为原料,采用保形碳化工艺制备得到符合封装高容量活性物质要求的生物质多孔碳。采用单一变量法通过调整碳化温度、碳碱比等因素,探索出符合本实验要求的最优条件:碳碱比1:2,碳化温度750℃。(2)通过静电吸附法,面粉基多孔碳封装不同含量的纳米硅颗粒,鉴于多孔碳的导电框架作用、对硅体积膨胀的缓冲作用以及对纳米硅良好的分散作用,使硅基材料循环性能得到改善。随着硅含量的增加,硅碳复合材料容量稳步提升。当硅含量达到40%时,多孔碳结构遭到破坏,对硅含量为30%的材料进行结构优化得到30%-Si-FPC-SC,在0.1A/g电流密度下,经过100次循环后可逆容量为937m Ah/g。(3)采用冷冻干燥法将多壁碳纳米管引入多孔碳结构中,解决了高度分散的碳纳米管、纳米硅在干燥过程中会再次团聚的问题。制备得到的Si-MWCNTs-FPC-SC,倍率性能得到大幅度提高,经过不同电流密度循环,在5A/g的电流密度下,可逆容量达到441.4m Ah/g,是0.1A/g电流密度下可逆容量的33%。在1A/g的大电流密度下,经过500次循环放电比容量仍有306m Ah/g。