目前广泛应用的锂离子电池负极材料是石墨材料,理论比容量为372mAhg-1,硅可与锂形成合金,储锂的理论容量高达4200mAh g-1,是下一代高容量锂离子电池负极材料的研究热点。硅作为锂离子电池负极材料还拥有平台电压低、环境友好和储量丰富等优点,但其储锂之后巨大的体积膨胀和与电解液的副反应阻碍了其商业化的应用。本文的主要内容是制备硅薄膜材料来研究硅负极材料充放电过程中的界面效应、体积膨胀等性质,另一方面,我们期望通过对硅薄膜的研究来指导硅基负极材料的设计,实现其循环性能和库伦效率的提升。　　 本文利用微加工手段成功的制备了图形化硅薄膜电极,并利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM),对其在充放电过程中的体积和形态的变化进行了深入的研究及讨论。实验结果表明,硅柱子在锂离子嵌入和脱出的过程中发生了有趣的形态变化,从柱状变为穹顶状最后变成碗状,并且,硅在脱嵌锂的过程的体积变化与锂离子的含量呈现线性变化,在放电到10 mV时表现出300%的体积膨胀。　　 硅基负极材料与电解质的副反应导致其自放电明显,库伦效率低下。利用原子层沉积(ALD)手段对图形化电极进行了2 nm氧化铝包覆。包覆后,电极表现出更加优异的循环性能、更高的库伦效率。进一步研究发现,氧化铝包覆能够有效的阻挡电极与电解液之间的副反应,增强电极的抗裂强度,提高电极的循环性能。　　 Si-Cu体系在高温(＞500℃)下由于Cu在Si中很高的溶解度和扩散系数,可以观察到Cu层中出现孔洞,这种效应被称为Kirkendall效应。利用该种效应,我们制备了具有中空结构的Si-Cu-Ti多层膜电极,进一步研究表明,这些孔洞可以为硅薄膜在放电中的体积膨胀提供空间,并且在600度下形成的Cu-Si合金作为非活性填充物也起到了缓解体积膨胀的作用,使得该种薄膜电极表现出了良好的循环性和倍率性。另外,我们还对电极表面进行了氧化铝包覆,氧化铝层可以阻挡铜原子向电极表面的扩散,使得Cu与Si在电极表面反应生成Cu3Si纳米线。电化学测试表明,氧化铝的包覆或更多的Cu3Si纳米线对于电极的循环性的影响有限。　　 本文的最后介绍了流化床原子层沉积系统(FBR-ALD)和原位的测试平台搭建的过程,以及初步的一些实验结果。