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随着锂离子电池在电池汽车和航空航天储能等领域广泛地应用,对其安全性以及能量密度也提出了更高的要求。本文基于超分子模板法,制备单手螺旋二氧化硅和有机-无机氧化硅纳米材料,并探究了它们在锂离子电池中的应用,研究内容主要包括以下几个方面:无机离子凝胶电解质基体材料的研究主要集中在二氧化硅纳米粒子上,而以螺旋二氧化硅纤维为基体的电解质相关工作还未见报道。本文以单头型两亲性缬氨酸衍生物D-18Val11PyBr的自组装体作为模板,TEOS为前驱体,在正丙醇和氨水的混合体系中制备了单手螺旋二氧化硅纳米纤维,然后吸附锂盐-离子液体溶液,首次制备了螺旋二氧化硅基离子凝胶电解质。实验结果表明:(1)螺旋二氧化硅纳米纤维以无定型的形式存在,作为无机基体具有巨大的吸附容量,其多孔结构可以为锂离子提供连续传输通道;(2)离子凝胶电解质具有优异的热稳定性(热分解温度为370℃),良好的电化学稳定性(氧化分解电位为5.2 V),高的离子电导率(25℃下为3×10-3 Scm-1),并且能够促进金属锂的均匀沉积;(3)替代隔膜和液态电解液应用于LiFePO4/Li电池中,在0.2 C的电流密度和室温下,经过80次循环过后放电比容量可以保持103.0 mAh g-1,库伦效率为92.1%。其次是以双头型两亲型缬氨酸衍生物LL-8Val11PyClO4的自组装体作为模板,通过浓氨水的渗透扩散将前驱体BTEB缓慢水解,得到单手螺旋1,4-亚苯基桥联的有机-无机杂化氧化硅纳米管。通过高温镁热还原以及碳热还原分别制备螺旋Si/SiC/C复合纳米管以及SiC/C复合纳米棒。将两种复合物应用在锂离子电池中并研究了其电化学性能。研究发现:(1)两种复合材料中的碳主要是无形型的碳,其中镁热还原得到的Si/SiC/C复合纳米管碳含量为27.9 wt%,碳热还原得到SiC/C复合纳米棒碳含量为6.9 wt%;(2)Si/SiC/C复合纳米管具有更高的比表面积496.5 m2/g,SiC/C复合纳米棒比表面积为39.3 m2/g,两种材料的多孔结构有利于锂离子的嵌入和脱出;(3)作为锂离子电池负极材料,Si/SiC/C复合纳米管在0.1 Ag-1的电流密度下循环750圈后,放电比容量值可达到1260.0 mAhg-1,远优于商用的石墨材料,SiC/C复合纳米棒在0.3 Ag-1的电流密度下循环第500圈时 275.8 mA h g-1。最后以赖氨酸羧酸钾盐两亲小分子12K作为模板,APTMS和BTSB作为结构助剂和硅源,合成了单手螺旋4,4-亚苯基桥联的有机-无机杂化氧化硅管状纳米带。通过碳化、氢氟酸刻蚀后得到单手卷曲碳质纳米带,将得到的单手卷曲碳质纳米带应用在锂离子电池中。研究发现:(1)单手卷曲碳质纳米带中的碳主要是无定型碳;(2)单手卷曲纳米带的比表面积1413m2 g-1,微孔的结构有利于锂离子的嵌入和脱出;(3)在电流密度为0.1 A g-1下单手卷曲碳质纳米管循环250圈以后,放电比容量值可以达到921.1 mAh g-1,其性能远优异商业石墨类材料。