随着环境污染问题和能源短缺问题的日益恶化，寻找一种可再生的清洁能源逐渐成为了当前新能源域研究的核心问题。锂离子电池作为一种二次电池，具有电压高、比能量高、循环寿命长、自放电小、绿色环保等优势，近年来在新能源领域备受关注。目前，锂离子电池的应用也逐渐从传统的小型电子设备转向电动汽车、航空航天等能耗更高的领域。^[1,10]图为锂离子电池充放电示意图。^[11]

目前用于商业化的锂离子电池主要以石墨为负极材料，但是它的放电电压低(～0.2V vs.Li/Li )理论比容量（372 mAh/g）也相对较低^[13，15]。在高性能锂离子电池中，提高负极材料的比容量对提高整个锂离子电池的容量具有重要意义。为了提高锂离子电池的容量，需要将负极材料的比容量提高至 800 mAh/g以上。^[2]硅、铝、锡、锑等都能与锂形成合金，其中硅嵌锂能力最强。^[3]

并且在所有的锂离子电池负极材料中，硅具有最高的理论比容量（4200mAh/g）和适中的嵌锂电位（约0.4V）以及丰富的开采资源^[4,5]，因此成为了极具应用前景的锂离子电池负极材料之一。碳材料是最早被用于锂离子电池的负极材料^[6]，与硅相比其理论比容量不到硅的十分之一，并且硅与锂可以形成各种化合物，以此方式存储Li ，通过Li 在硅材料中的嵌入与脱出实现能量的存储与释放。^[7]下图为锂-硅二元合金相图。^[14]

虽然硅材料理论上是作为锂离子电池负极材料最理想的选择，但是实验表明硅在作为锂离子电池的负极材料放点过程中体积膨胀严重，使结构遭到破坏，最终导致比容量迅速下降。为了减少硅材料的比容量衰降，可以将纳米硅、石墨或活性炭作为电极活性物质，通过改变纳米硅在活性物质中的含量制作不同的纳米硅负极，以此来提高硅材料作为锂离子电池负极材料的使用效率。制备Si/C复合材料的方法有热分解法、溶胶凝胶法、球磨法和静电纺丝法等。^[6] 静电纺丝法是通过静电纺丝和随后的热处理，从掺入SiO₂纳米颗粒的聚丙烯腈（PAN）纤维中制备出含有不同含量的SiO₂纳米颗粒的一系列纳米结构的二氧化硅-碳复合材料。SiO₂ / C复合材料作为锂离子电池的负极材料不仅拥有了SiO₂的高容量还拥有了纳米结构碳基体的良好结构性能。3D纳米结构可以有效地抵抗大的体积变化，加速锂离子扩散和电子迁移；SiO₂含量显著影响SiO₂ / C复合材料的形态和电化学性能。^[8] 球磨法是通过结合机械研磨和热处理工艺处理的溶胶-凝胶合成无定形SiO₂ / C复合阳极材料。合成的无定形SiO₂ / C复合材料呈现出由无定形SiO₂簇和碳涂层构成的纳米结构。非晶SiO₂ / C电极表现出高的可逆容量（w600mA h g -1），稳定的循环性能和优异的速率性能。机械研磨导致SiO2 / C复合非晶化，使活性材料具有良好的电化学活性。涂层碳层不仅可以增加电子传导性，而且还能很好的抵抗在充电/放电过程中发生的一部分体积膨胀。^[9]下图为CSi4的四面体结构。^[12]

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容：将纳米硅、石墨或活性炭作为电极活性物质，改变纳米硅在活性物质中的含量，制作不同的纳米硅负极。通过电化学测量方法，研究这些纳米硅材料负极的能量密度，功率和循环性，探讨硅含量对纳米硅负极电化学性能的影响。

2.2目标：找出纳米硅负极中硅含量对其电化学性能的影响

2.3拟采用的技术方案及措施

电极片的制备