硅作为锂离子电池最有潜力的负极候选材料,由于在嵌锂过程中体积发生300%以上的膨胀,使得硅在锂离子电池中的应用受到了巨大的阻碍。本论文主要工作是通过薄膜的手段针对硅在嵌锂之后体积变化的基础研究。主要包括以下四个方面:(1)致密的硅薄膜和阵列硅在嵌锂脱锂之后裂纹产生情况;(2)纳米绒硅在脱嵌锂之后形貌的变化以及表面包覆的影响:(3)钛硅复合膜作为负极材料的电化学性能和裂纹研究;(4)硅化钛作为锂离子电池负极材料的机理研究。　　 首先我们分析陈述了硅作为锂离子电池负极材料的在各个研究热点中的现状,对硅在锂离子电池中的体积膨胀问题的解决迫在眉睫。　　 制备致密的非晶硅薄膜,观察其在不同的嵌锂状态以及循环状态中的表面形貌和裂纹的情况的变化。同时分析了刻蚀过的微孔阵列硅在不同的嵌锂状态以及循环状态中的表面形貌和裂纹的情况的变化。我们发现孔洞的引入为硅在嵌锂时体积的膨胀提供了一定的空间,同时观察到微孔作为形态缺陷对裂纹的取向产生了引导作用。　　 研究了纳米绒结构的硅薄膜在锂离子嵌入脱出的形态变化,并且对纳米绒硅薄膜进行表面包覆。纳米绒硅在循环之后抑制了裂纹的产生。三氧化二铝的包覆一定程度上抑制了聚合现象。铜的包覆对硅在动力学和热力学上促进了嵌锂脱锂速率。　　 通过磁控共溅射的方法制备钛硅复合膜。通过控制钛硅复合颗粒在硅薄膜中粒径大小的控制,调节钛硅复合膜的电化学性能和裂纹产生的情况。观察到,钛硅粒径越小越有利于复合膜的电化学性循环,产生的裂纹越小,裂纹的形态越趋于无序化。　　 由于钛硅复合膜的研究,发现钛硅化合物对硅薄膜的影响,所以研究了硅化钛作为锂离子电池负极材料的研究。并且在锂离子嵌入的过程中,锂与钛之间发生了一定的电子转移,同时通过原位的X射线衍射发现硅化钛的嵌锂的优选(333)晶面,一个只含有硅原子的晶面。