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锂离子电池（LIB）具有能量密度高、无记忆效应等优点,被广泛用于笔记本电脑、手机等设备,而进一步提高容量和充电速率是发展LIB所面临的一个巨大挑战。组成阳极的集流器和阳极材料是LIB的重要部分,关系着LIB的性能。传统的平板集流器与电极材料的结合力较弱,易导致电极材料脱离;硅（Si）的理论容量远高于石墨类,但充放电时体积改变很大,易破碎、团聚、脱落,导致循环性能变差。利用纳米颗粒的自组装可获得多层次纳米结构,这不仅能保留纳米颗粒的高比表面积等优点,还能对电极结构进行有效控制,从而能更好改进LIB的性能。本文利用铜纳米颗粒（Cu NPs）在电场诱导下的自组装来制备三维多孔铜阳极集流器,以增强与电极材料之间的物理和电接触性,从而提高LIB的容量;还通过Cu NPs、Si NPs和聚氨酯（PU）的层层自组装来制备PU/Cu/Si复合膜阳极材料,以提高力学和电学特性,从而改善LIB的循环性能。以抗坏血酸和溴化十六烷基三甲铵（CTAB）分别作为弱还原剂和配体,在水中于45 oC下制备了粒径为2–10 nm的Cu NPs。当CTAB的浓度增加到0.01 M时,Cu NPs的形状由不规则状变为圆球状,平均粒径由9.6 nm减小到3.3 nm,粒径分布范围变窄;当抗坏血酸的浓度由0.1 M增加到0.4 M后,Cu NPs的平均粒径由4.6 nm减小到2.3 nm。由于Cu NPs表面的抗坏血酸和CTAB吸附层能有效地阻碍Cu NPs的氧化和团聚,该Cu NPs在水溶液中还具有良好的化学稳定性和分散性。此外,还以肼和巯基丁二酸分别作为还原剂和配体,在水中于60 oC下制备了孤立分散的粒径为8.0–14.0 nm的Cu NPs。经离心洗涤和重分散后,Cu NPs自组装成链状结构,zeta电位为–47 mV。当肼的用量由3.5 g增加到7.0 g时,Cu NPs的平均粒径由13.5 nm减小到9.0 nm,而紫外-可见光吸收峰的波长由570 nm蓝移到560 nm。利用Cu NPs在电场诱导下的自组装制备了三维多孔铜纳米材料,并通过调节乙酸和CTAB等添加剂的种类和浓度、电压/电流密度、自组装时间来改变多孔铜材料的结构和形貌。该多孔铜材料的孔隙分布很均匀,平均孔隙尺寸约为200 nm,最大孔径不超过5μm。形成多孔铜的枝晶的平均长度约为700 nm,由平均尺寸约为40 nm的团簇组成,而该团簇由平均粒径为3.5 nm的Cu NPs组成,而且晶格贯穿于纳米颗粒之间,使得Cu NPs之间紧密桥接。还假设了一种Cu NPs在电场诱导下自组装成三维多孔铜网络结构的“团簇–枝晶”生长机制。以三维多孔铜纳米材料作为阳极集流器,采用泥浆涂覆法制备了一种具有良好电化学性能的锂离子半电池。当石墨负载量分别为17.0、11.5、7.0及3.0 mg cm–2时,于0.25C倍率下经过120次充放电循环后,三维多孔铜电极的放电容量分别为42.4、69.2、164.9、242.0 mAh g–1,远高于平板铜电极的放电容量(分别为23.6、50.1、126.4、182.2 mAh g–1)。三维多孔铜电极在经过120次充放电后的容量保持率分别为24.8、36.2、62.2、82.9%,远高于平板铜电极的容量保持率（分别为18.2、24.8、46.7、56.8%）。三维多孔铜电极的总容量可达到1138μAh cm–2,高于大多数采用CVD、电化学沉积、磁控溅射等方法制备的多孔铜阳极(≤345μAh cm–2)。利用Cu NPs、Si NPs和PU之间的静电吸引作用,通过层层自组装技术制备了[（PU/Si）（PU/Cu）m]N复合膜。该复合膜表现出金属光泽,并形成了微纳米孔隙,且Si NPs被相互连接在一起的Cu NPs所包裹。随着m值的增加,复合膜的颜色由黄色变为黑褐色,电导率由0.4 S cm–1增加到12.0 S cm–1。该复合膜的极限拉伸强度和极限拉伸应变分别为10.7 MPa和110.8%。还直接采用含有Cu NPs和Si NPs的混合液进行层层自组装而制备了[（PU/Cu-Si）m（PU/Cu）]N复合膜。随着m值的减小,复合膜的电导率逐渐增加,可达到8.0 S cm–1。该复合膜的极限拉伸强度和极限拉伸应变可达8.2 MPa和125.1%。[（PU/Si）（PU/Cu）m]N复合膜电极的单位容量随m值的增大而增加,于1.0 C倍率下充放电循环300次的单次容量衰减率为0.16–0.17%,而单次和平均库仑效率分别为96.6–100.0%和99.0–99.4%。复合膜电极的首次放电容量高达1284 mAh g–1,经过2、100、200和300次充放电循环的容量分别为1252、820、735和687 mAh g–1,即第1、2和3个百次充放电循环的单次容量衰减率分别为0.36%、0.12%和0.07%。当充放电倍率由0.1 C增加到2.0 C时,复合膜电极的容量保持率为29–43%,而倍率重归为0.10 C时的容量保持率为66–80%。[（PU/Cu-Si）m（PU/Cu）]N复合膜电极的单位容量随m值的减小而增加,于1.0 C倍率下充放电循环300次的单次容量衰减率为0.17–0.19%,而单次和平均库仑效率分别高达97.1–101.0%和99.2–99.8%。该复合膜电极的首次放电容量高达1152 mAh g–1,经过2、100、200和300次充放电循环的容量分别为1111、690、601和574 mAh g–1,即第1、2和3个百次充放电循环的单次容量衰减率分别为0.40%、0.13%和0.04%。当充放电倍率由0.1 C增加到2.0 C时,该复合膜电极的容量保持率为25–30%,远高于采用泥浆涂覆法所制备的Si NP电极（2–8%）,而倍率重归为0.1 C时的容量保持率为64–73%。