锂离子电池相比较于传统的铅酸电池,重量更轻,能量密度更大,更环保和更长的寿命,所以自从索尼公司在1992年发明了锂离子电池以来,锂离子电池开始得到了广泛的应用。然而二十多年过去了,锂离子电池负极依旧是使用石墨类材料作为负极而没有太多改变。但石墨类负极却始终存在比容量低的问题。所以开发高比容量的锂离子电池是改善电池存储性能的关键所在。在过去的二十多年中,也确实有很多研究是集中电池的高比容量和高循环稳定性上,那么在这些研究中,硅因为拥有目前所有已知的材料中最高的比容量(4200 mAh/g)和成熟的硅半导体工业,普遍被认为是下一代的锂离子电池负极材料。但是硅材料却始终存在着体积膨胀严重(300%),不稳定的SEI膜,电导率低,首次库伦效率低等这些问题。本文中我们使用等离子体增强设备来制备低尺寸和高纯度的纳米硅颗粒和P掺杂的纳米硅颗粒。通过改进了等离子体增强设备的气体控制系统,反应腔体系统、收集系统、尾气处理系统。最终用该等离子增强设备制得了平均直径为7.3 nm和纯度为99.95%的纳米硅颗粒。由于纳米硅颗粒容易团聚,因此我们用硅烷偶联剂KH550来改性纳米硅,结果硅烷偶联剂提高了纳米硅在油性体系中的分散性,并且基于这种改性的材料制备的电池循环稳定性也得到提高。此外我们还研究了不同的粘结剂和电解液添加剂的作用,发现水性粘结剂更适合于硅基负极,电解液添加剂可以提高首次库伦效率和循环的稳定性。我们还合成了海藻酸钠作为热解碳来包覆硅纳米颗粒、热还原的氧化石墨烯来包覆硅纳米颗粒和n-Si纳米颗粒作为锂离子电池负极材料。热还原的氧化石墨烯可以作为骨架结构包覆硅纳米颗粒,而且石墨烯良好的导电性可以为锂离子的传输提供高速的通道。其中RGO/n-Si纳米复合材料显示出优异的循环性能(200次循环最终稳定在1529 mAh/g)和良好的倍率性能(在5 C的电流倍率下,放电比容量为705mAh/g)。