随着电子设备和电动车等产品的不断发展，现有的负极材料已经无法满对锂离子电池高能量密度的要求，硅（Si）由于理论储锂容量高（4200 mA h g-1）、电压平台低（~0.4 V vs Li/Li+）和储量丰富等优点，有望成为下一代负极材料。但Si在充放电的过程中与锂离子发生合金化反应，产生巨大的体积变化，进而会导致颗粒的粉化和电极材料的失效。此外，Si的导电性不佳，这些缺点严重限制了Si作为负极材料的商业化应用和发展。本论文通过自主研发的热等离子体技术制备了球形纳米硅（Si NPs），实现了Si NPs的宏量制备；并且采取球磨法、化学气相沉积法和引入惰性合金组分等手段制备了多种硅碳（Si/C）负极材料，有效地改善了硅基负极材料的电化学性能。主要研究内容如下：（1）利用自主研发的100 kW热等离子体设备实现了Si NPs的宏量制备，以冶金Si为原料，有效降低了成本，产量可达1-6 kg h-1。制备的Si NPs具有球形结构和良好的分散性，可以实现3181.1/3709.5 mAh g-1的首次充放电比容量和高达85.8%的首次库伦效率，5 C倍率下充放电时仍可以保持316 mAh g-1可逆容量，展现出优异的电化学性能。使用球磨法混合Si NPs与石墨制备了硅/石墨（Si/Gr）复合材料，使Si NPs在磨球的外力作用下嵌入到石墨中，实现对Si NPs的保护。制备的5%、10%和20%Si含量的Si/Gr复合材料循环350圈后仍可保持440.6、626.1和1147.1 mAh g-1的可逆容量，表现出优异的循环稳定性。（2）将热等离子体制备的Si NPs用于制备硅/碳/石墨（Si/C/G）复合材料。采用两步球磨法用葡萄糖和石墨实现对Si NPs的双重碳包覆，提高材料的结构稳定性和电化学性能。该方法制备的Si/C/G复合材料表现出较高的首次库伦效率和优异的循环稳定性，5%，10%和20%Si含量的Si/C/G复合材料的首次库伦效率分别为88.7%、85.7%和85.6%，循环370圈后，仍然可以分别保持520、680和1136 mAh g-1的稳定可逆容量，容量保持率分别高达97.3%、85.9%和78.3%。稳定的循环性能和较高的首次库伦效率得益于双重碳包覆对Si NPs的有效保护以及电极材料稳定的结构。与NCM523正极材料组成的全电池质量能量密度可以达到453.2 Wh kg-1。该方法处理量大，成本低，具有广阔的应用前景。（3）利用热等离子体技术制备了含有硅化铁纳米颗粒（FeSi2）的硅铁合金纳米球（Si/FeSi2 NPs）。通过球磨法在冶金Si中混入一定质量的Fe粉，使Fe粉和Si粉在热等离子体的超高温度下迅速反应生成FeSi2，制备了具有原位缓冲结构的Si/FeSi2 NPs。Fe含量为5 wt%和10 wt%的Si/FeSi2 NPs分别具有2830.2/3180.1 mAh g-1和1925.3/2541.6 mAh g-1的超高首次充放电比容量，展现出优异的储锂性能。循环260圈后，两者的可逆容量分别为1451 mAh g-1和1104 mAh g-1，平均库伦效率分别为99.0%和98.9%，展现出优异的电化学性能。同时，通过有限元模拟揭示了FeSi2在Si/FeSi2 NPs内部对应力缓冲的具体作用机理。（4）利用流化床化学气相沉积法（FBCVD）制备碳包覆硅铁合金纳米球（Si/FeSi2/C NPs）材料。流化床中乙炔在高温下发生裂解，在Si/FeSi2 NPs的表面沉积形成纳米级的碳包覆层。结果表明添加的碳包覆层极大了提升了倍率性能，5 C倍率下可逆容量高达592 mAh g-1。通过原位透射电镜实验证明Si/FeSi2/C NPs在完全嵌锂时的体积膨胀率仅为34.2%，具备优异的体积膨胀控制效应。（5）利用球磨法制备双重碳包覆硅铁合金纳米球（Si/FeSi2/C/G）复合材料。采用两步球磨法用聚丙烯腈和石墨实现对Si/FeSi2/C NPs的双重碳包覆，提升了材料的结构稳定性和电化学性能。Si/FeSi2/C/G复合材料充分利用FeSi2的缓冲作用和双重碳包覆构建的稳定碳基体，Fe含量为5 wt%和10% wt的Si/FeSi2/C/G复合材料可以实现985.5/1129.1 mAh g-1和762.1/893.7 mAh g-1的首次充放电容量以及87.3%和85.3%的首次库伦效率。其中，5%Si/FeSi2/C/G复合材料电极在0.2 A g-1和0.5 A g-1电流密度下循环450圈后，仍有953.1 mAh g-1和882.5 mAh g-1可逆容量，容量保持率高达84.4%和80.9%，展现出优异的循环稳定性。