1、鋰離子電池作為一種重要的便攜式電池其應用日益廣泛，成為國際產(chǎn)業(yè)界和學術界關注的重點領域之一。四族元素材料Si和Ge被認為是下一代鋰離子電池負極材料的理想候選材料，他們具有如下的優(yōu)勢:地殼含量較為豐富，理論比容量高，嵌鋰電位相對低。Ge相對于Si而言，具有更加快速的鋰離子遷移率和電子導電率，從而擁有更加優(yōu)良的電化學性能，但是其價格也更加的高昂。但是，Si和Ge都是屬于合金型反應機理的材料，這二者材料都面臨著在合金化過程中具有較大體積膨脹的

2、這一難題，限制了其實際應用。因此，Ge和Si材料制備和合成以及作為鋰離子電池負極材料的性能成為一個國際上前沿問題。
　　本文在概述了這兩種材料的研究現(xiàn)狀的基礎上，提出了制備Ge、 Si多孔材料改善二者鋰離子電池的循環(huán)性能的思路;探究了兩種材料的多孔結構的合成方法，發(fā)現(xiàn)了一種可大量制備多孔Si的新型合成方法;并研究了這兩種材料的多孔結構對于鋰離子電池負極材料性能的提升。具體而言，論文取得了如下的創(chuàng)新研究成果:
　　(1)通過球

3、磨法制備了Mg2Si合金材料，首先研究了Mg2Si合金作為鋰離子電池負極材料的應用，但是發(fā)現(xiàn)純的Mg2Si材料作為負極材料其循環(huán)性能非常差。為了改善其循環(huán)性能，采用了氣相法對其進行表面碳層的包覆，從而發(fā)現(xiàn)Mg2Si@C材料的性能尤其是循環(huán)穩(wěn)定性得到了大幅提升，并對表面均勻包覆碳層提升電池循環(huán)穩(wěn)定性的機理進行了探討。
　　(2)采用Mg2Si為原料，對其熱穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)研究。研究發(fā)現(xiàn)，Mg2Si在有氧的條件下特定的氣氛下高溫熱處理

4、會分解，可以得到多孔Si和MgO的前驅(qū)體，將其酸處理去除MgO之后就可以得到多孔Si材料，這是一種制備非常簡單、具備實用價值的多孔硅制備新途徑。論文對合成過程的粒徑因素、氧含量、熱處理溫度等影響因素進行了詳細研究，為該技術的大規(guī)模化應用提供了基礎。進一步地，研究不同形式碳包覆制備多孔的Si@C材料，獲得了更加好的鋰離子電池循環(huán)性能。
　　(3)利用Mg2Si和Mg2Ge為原料，通過球磨和熱處理的方法制備得到了多孔SiGe復合材料。

5、研究發(fā)現(xiàn)其反應機理和Mg2Si分解類似;不同Si和Ge比例的材料對于負極材料的性能有著非常大的影響，Ge的比例越高，其電池的循環(huán)溫度性也越好，但是比容量相對而言比較低。
　　(4)采用SiO為源，通過簡單的熱處理和酸處理制備得到多孔Si材料，從而提出了另外一條新的多孔Si的合成路徑。在詳細研究SiO在不同的熱處理條件的實驗之后，發(fā)現(xiàn):在中低溫熱處理和HF處理條件下，可以得到納米Si分散于SiOx體系的這一結構;而在高溫熱處理和HF

6、處理的條件下，可以得到多孔的Si-SiO2-SiOx這一結構;用這種方法制備的多孔Si作為負極材料，其電池具有一定的比容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能。
　　(5)利用Mg2Ge為源，通過改變反應氣氛等條件，合成了新型多孔Ge納米結構和多孔的GeO2納米結構。在實驗中，通過Mg2Ge高溫分解和酸處理得到多孔的Ge，采用氧化性更強的氧氣氣氛或者延長反應時間得到了多孔的GeO2納米結構。經(jīng)過碳層包覆之后，該結構作為負極材料的鋰離子電池表現(xiàn)了優(yōu)秀的