汉元年（前206年），反秦联军灭亡秦朝，子婴也成为秦朝的亡国之君。但由于项羽入咸阳的大规模屠杀和破坏，秦朝的官方史料出现了严重的缺失，因此子婴是秦始皇的什么亲人也成为争议问题。
对于秦王子婴与秦始皇的关系，学界有四种观点：第一种认为子婴是扶苏之子、秦始皇的孙子；第二种认为子婴是秦始皇的儿子；第三种认为子婴是秦始皇的弟弟；第四种认为子婴是秦始皇的侄子。
认为子婴是扶苏之子的观点来源于《史记·秦始皇本纪》“立二世之兄子公子婴为秦王”和《史记·六国年表》“高立二世兄子婴”的记载，该观点后来被包括《汉书》很多文献使用，是最为流行的观点。
但该观点有个重大问题——年龄。根据《史记》记载，子婴登基后与自己的两个儿子谋划杀死了权臣赵高，可见子婴的两个儿子此时都已经成年。由此推测，子婴当秦王时的年龄最小也将近三十岁。
秦始皇去世于始皇帝三十七年（前210年），年四十九岁，而子婴当时大概二十多岁。秦始皇长子扶苏的年龄在秦始皇去世时大概二三十岁，也就是说扶苏最多比子婴大十岁，应该不是子婴的父亲。
认为子婴是秦始皇的儿子的观点来源于“高立二世兄子婴”，即断句为“高立二世兄，子婴”。但问题是秦始皇是没有嫡子的，如果子婴是秦始皇的儿子、秦二世的哥哥，那他继承顺位甚至要高于胡亥。
胡亥登基后为了保住皇位而屠戮手足，连弟弟和姐妹都没有放过。如果子婴真的是秦二世的哥哥，那他肯定难逃一死。然而子婴不仅安然活到了胡亥被赵高所杀，还曾经当面劝说胡亥不要杀戮亲贵。
认为子婴是秦始皇弟弟的观点来源于《史记·李斯列传》“乃召始皇弟，授之玺”的记载，而且也符合子婴比秦始皇小十多岁的年龄。但根据史料和考古，秦始皇的弟弟在记载中只有长安君成蟜这一个。
认为子婴是秦始皇侄子的观点也来源于《史记·李斯列传》，有个版本的《史记》的记载为“乃召始皇弟子婴，授之玺”，“弟子婴”可解为“弟弟的儿子婴”，意思为子婴是秦始皇弟弟之子，始皇的侄子。
从年龄上讲，成蟜比子婴大了十几岁，符合古人结婚生子的常态。作为堂兄，子婴对胡亥的皇位也没什么威胁，自然逃过一劫。作为秦始皇的侄子，始皇的儿子们死光后，子婴登基为帝也是合理的。
然而无论是史书记载还是考古发现都没够明确肯定的史料能证明子婴是秦始皇的侄子，该观点至今只是一种推论。除非有更靠谱的史料被发现，否则子婴与秦始皇关系的争论会永远持续下去。
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