锂离子电池作为一种绿色能量存储装置,因其具有高能量密度、无记忆效应、相对低自放电率、长循环寿命等优点,被广泛应用于便携式电子产品中,在电动汽车和航空航天等动力能源领域中具有广泛的应用前景。碳材料是目前商用的锂离子电池负极材料,其理论比容量较低仅为372 mAh g-1,已经不能满足人们对高性能锂离子电池的需求。金属Al和Si在自然界中储量丰富,成本低廉,作为负极材料具有较高的理论比容量,分别为2234 mAh g-1和4200 mAh g-1。但Al和Si在嵌/脱锂过程中会产生巨大的体积变化,导致电极结构破坏,容量迅速衰减循环性能较差。本文针对Al和Si电极循环性能差的问题,采用合金化、酸洗处理等方式来改善其电化学性能。本文采用直流电弧等离子体气相蒸发法,以微米Al粉和Fe粉为原料,甲烷为碳源,制备了Al-Fe/C复合纳米材料。采用XRD,XRF,TEM,碳硫分析等测试方法对其进行结构表征。结果表明,无碳气氛下制备的Al-Fe粒子呈球状;在含碳气氛下,随着碳含量的提高,粒子形貌向柱状和线状发展,粉体相组成由单质Al向Al4C3转变,合金相由FeAl2向Fe2Al5转变。在电流密度为100mAg-1时,4种Al基复合材料电极的首次放电容量分别为348.8、193.3、275.5和628.8mAhg-1。金属间化合物Fe2Al5相的形成有利于抑制嵌/脱锂过程中的体积变化,提高充/放电容量,有效提升了电极的循环稳定性能。为进一步改善Al复合材料电极电化学性能,采用直流电弧等离子体气相蒸发法,制备了Al-Si复合纳米材料。XRD分析测试表明,Al和Si以共晶方式存在,没有生成新的合金相。TEM分析表明,Al-Si复合纳米材料呈不规则的球状。将Al-Si复合纳米材料制成电极,在100mAg-1电流密度下,Al:Si=8:2,Al:Si=7:3,Al:Si=6:4(wt.%)三种复合纳米材料电极的首次放电比容量分别为:1573.4、2351和2936.1mAh g-1,50次循环后,容量分别为:205.2mAh g-1、214.3mAh g-1和251.9mAh g-1。Al-Si复合纳米材料电极的电化学性能较Al-Fe/C复合纳米材料有了显著的提升。为进一步提高Al-Si复合纳米材料循环性能,采用8%(wt.)的稀盐酸对Al:Si=6:4(wt.%)复合纳米材料进行酸洗处理,去除金属Al,得到多孔状的Si结构。XRD和TEM分析测试结果表明,Al-Si复合纳米材料中的金属Al被完全去除,形成了疏松多孔的结构。将多孔Si纳米材料制成电极,在100mAg-1电流密度下,首次放电比容量为3661 mAh g-1,库伦效率为79.1%,经过50次循环后,电极容量为437mAh g-1。酸洗后多孔Si纳米材料的电化学性能有了较大的提升。