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Si和Fe2O3具有高的理论储锂容量和好的安全性,作为高容量锂离子电池负极材料,具有良好的应用发展前景。然而,Si和Fe2O3均存在本征电导率低,脱嵌锂过程中体积变化大,电极循环稳定性和动力学性能差等问题,难以满足实际应用的需要。针对以上问题,本文在综述Si和Fe2O3锂离子电池负极材料研究现状的基础上,将金属氢化物引入其制备过程,利用加热和机械球磨反应方法,成功制备了微米级Si基和Fe2O3基复合材料,系统研究了复合材料的结构特征、电化学性能以及性能改善机制。首先,在异质纳米晶可强化非晶材料机械性能的“弥散强化”机制的启发下,通过在CO2气氛下室温球磨表面预锂化的Li2Si7微米颗粒,制备了 一种新型纳米晶强化的微米Si复合物。该复合物包括3-10 nm SiC和Li2SiO3纳米晶弥散分布的非晶SiOC基体以及镶嵌于其中的多晶Si颗粒。弥散分布的SiC和Li2SiO3纳米晶作为强化相,显著提高了 SiOC基体的硬度和韧性,有效抑制微米Si在脱嵌锂过程中由于体积变化导致的颗粒开裂、破碎以及粉化,显著改善了微米Si复合物的循环稳定性。球磨12 h得到的复合物具有较好的电化学性能,首次放电/充电比容量为1824/1268mA·hg-1,100次循环后可逆容量保持率高达90%,400次循环后,可逆容量仍为957mA·hg-1,且其体积比容量高达1268mA·hcm-3。为了提高微米Si复合物的有效电化学容量,在降低Si表面预锂化程度的基础上,通过CO2气氛中球磨反应,制备得到了电化学容量较高的非晶复合物包覆的Si微米颗粒。该复合物包覆层由非晶SiOx,C,SiC和Li2SiO3组成,其包覆程度随球磨时间的延长而增加。原位生成的SiC作为硬质成分提高了复合包覆层的硬度和韧性,增强了 Si微米颗粒的抗变形抗粉化能力;Li2SiO3作为离子良导体,保证了复合物包覆层的离子电导率;该非晶复合物包覆层也有助于颗粒表面形成稳定的SEI膜。在这些因素的共同作用下,非晶复合物包覆的Si微米颗粒表现出高的可逆比容量（1924 mA.hg-1）,较高的首次库伦效率（78%）和良好的循环稳定性（100次循环后可逆比容量仍为1439 mA·hg-1）。在上述研究的基础上,将表面预锂化的Si微米颗粒在02气氛中球磨,制备得到分散有Li2SiO3纳米晶的非晶SiOx包覆的微米Si复合物,再利用氧化石墨烯片层进行封装和高温还原处理,制备得到了石墨烯封装的微米硅片状复合物。石墨烯封装层可有效提高复合物的电导率,保持内部Si颗粒间良好的电接触;同时,防止Si颗粒与电解液直接接触,在石墨烯表面形成较为稳定的SEI膜,从而使得复合物具有明显改善的循环稳定性。此外,具有高离子电导率的Li2SiO3纳米晶和高电子电导率的石墨烯的存在,使得复合物也表现出优异的动力学特性。所制备的石墨烯封装的微米Si复合物,在100 mA g-1电流密度下,充放电比容量为1450/1883 mA·h g-1,100次循环后容量保持率为89%;以500 mAg-1进行充放电循环100次后可逆容量仍为937mA·hg-1;5 Ag-1的电流密度下,放电比容量为 702 mA·hg-1。此外,利用机械化学力驱动下LiH与CO2之间的氧化还原反应,以及球磨过程中颗粒的持续破碎和冷焊,制备得到非晶Li2CO3包覆的纳米晶α-Fe2O3多级结构。该非晶Li2CO3包覆层可有效抑制Fe2O3循环过程中体积变化所导致的颗粒破碎和粉化,防止Fe纳米晶团聚失活,有助于颗粒表面形成稳定SEI膜,且Li2CO3作为Li+的良导体有利于Li+的快速扩散。因此,非晶Li2CO3共形包覆的Fe2O3多级结构表现出优异的循环稳定性和较好的倍率性能:首次可逆容量为985 mA-hg-1,经400次循环后容量保持率高达99%;在3A g-1的电流密度下仍得到537mA-hg-1可逆比容量。该方法也已推广至NiO等其它过渡金属氧化物的电化学储锂性能改善。为提高铁氧化物负极材料的首次库伦效率,并改善其综合电化学性能,以LiH为锂源,通过加热条件下与Fe2O3的反应,实现了 Fe2O3的化学预锂化,制备得到了多孔LiFeO2/Fe复合物。该复合物具有较好的脱嵌锂可逆性,首次库伦效率高达87.2%。同时,独特的三维多孔结构增加了活性物质与电解液的有效接触,缩短了 Li+的扩散距离,且有利于缓解脱嵌锂过程中的体积变化;Fe单质的存在,一方面作为惰性相减缓体积膨胀,稳定结构;另一方面提高了复合物的导电性。因此,多孔复合物表现出明显改善的循环稳定性和倍率性能:首次放电/充电比容量为976/1119 mA·hg-1,200次循环后可逆比容量高达992 mA·hg-1;在2Ag-1的电流密度下,仍得到621 mA·hg-1可逆比容量。