1、鋰離子電池自上世紀(jì)九十年代商業(yè)化應(yīng)用以后，作為一種最具潛力的電池被廣泛應(yīng)用于各種移動(dòng)電子設(shè)備，當(dāng)前電動(dòng)汽車領(lǐng)域和分布式儲(chǔ)能領(lǐng)域亟需高能量密度和高功率密度的長壽命穩(wěn)定安全的二次電池，目前在用的鋰離子電池很難滿足這些領(lǐng)域的應(yīng)用需求。硅作為一種潛在的負(fù)極材料，其超高的理論比容量（～4200 mAhg-1，Li22Si5相）和相對較低的對鋰電位（～0.5 V），使其具有制成高能量密度鋰離子電池的可能性，而且通過對Si負(fù)極經(jīng)過恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有可

2、能實(shí)現(xiàn)高功率密度的要求。
　　Si負(fù)極的最大缺點(diǎn)是脫嵌鋰前后體積變化巨大（高達(dá)～400％），易粉化開裂，表面不能形成穩(wěn)定的SEI膜；自身導(dǎo)電性不良（半導(dǎo)體），鋰離子在其中的遷移速率不高。以上問題的解決思路基本都是納米化和復(fù)合，由于C材料優(yōu)異的電化學(xué)性能，復(fù)合材料中往往少不了C。
　　本論文的解決方案是：采用磁控濺射手段制備硅碳納米多層膜或復(fù)合膜，借此減小 Si的尺寸，并以 C作為 Si膨脹的緩沖層及電子導(dǎo)電物，抑制 Si的粉

3、化；另復(fù)合一定量的Li+輸運(yùn)電解質(zhì)，如 Ti、TiO2、Li4Ti5O12、LiTi2P3O12等物質(zhì)，增加Li+的輸運(yùn)效率，提高Si負(fù)極薄膜材料的倍率特性。
　　本論文得到的結(jié)果是：
　　1、Si/C納米多層膜：制備了具有Ti過渡層和C保護(hù)層的500 nm厚硅碳調(diào)制周期分別為4/1和3/1及1.5μm厚調(diào)制周期為4/1的Si/C多層薄膜，與純 Si薄膜相比，多層膜結(jié)構(gòu)很好地緩解了 Si體積脹縮導(dǎo)致的開裂粉化問題，500 n

4、m厚調(diào)制周期為4/1的多層膜表現(xiàn)出了較好的循環(huán)特性及倍率特性，首次放電比容量高達(dá)2940 mAhg-1，首次庫侖效率為95%，經(jīng)166次循環(huán)后，放電比容量保持率為95%，這說明薄膜表面沉積的C層很好地保護(hù)了Si活性材料，避免了Si與電解液的直接接觸；由于濺射沉積的薄膜致密。Li+沿薄膜縱向擴(kuò)散困難，沉積較厚的薄膜電化學(xué)性能較差，為此我們在多層膜的Si層復(fù)合了一定量的快速鋰離子輸運(yùn)物質(zhì)：在Si層中復(fù)合了適量的金屬Ti起到了改善薄膜電化學(xué)性

5、能的作用，倍率性明顯好于相同厚度沒有摻雜 Ti的Si/C多層膜，在2C的充放電倍率下還能夠保持1000 mAhg-1左右的比容量。
　　2、多層膜結(jié)構(gòu)中由于 C輸運(yùn)層是橫向的，似乎無法實(shí)現(xiàn)在縱向的Li+輸運(yùn)，故此我們采用濺射法制備了納米 Si顆粒鑲嵌于 C網(wǎng)絡(luò)基體中的Si(C)納米復(fù)合薄膜。我們預(yù)期這種結(jié)構(gòu)的薄膜有比較好的電子、離子導(dǎo)電性，再復(fù)合適量的高鋰離子輸運(yùn)物質(zhì)，將極大地改善薄膜中Li+的縱向輸運(yùn)能力。具有Ti→C梯度過渡層