锂离子电池发展至今已然成为应用最为普遍的新型清洁二次能源,然而随着技术革新带来的便携式电子设备的升级以及纯电动汽车迅猛的发展趋势,对于商业化锂离子电池的能量密度和循环性能的要求也逐渐提高。而电极材料作为锂离子电池最为关键的组成部分,其储锂容量和电化学稳定性直接决定了电池的对外输出性能。在正极材料种类相对较少且发展受限的当下,新型负极材料的开发和改性成为众多科研工作者关注的重点。硅材料属于已发现的具备超高储锂容量的负极材料之一,其最高理论比容量可达商业化石墨负极的12倍以上,然而其在发生锂化反应时伴随着严重的体积膨胀和材料粉化以及快速的容量衰减等缺陷,极大地阻碍了其实际应用。因此针对硅负极的改性处理,特别是维持其循环过程中电极结构稳定的措施亟需充分研究。本文分别使用了简便易行的电极分层结构的设计和针对纳米硅颗粒的包覆处理两种改性思路,以实现硅负极材料在循环稳定性和容量保持率上的提升。本文第一部分工作从电极整体结构组装的方向出发,在硅活性材料与集流体之间引入中间层,以实现硅材料体积变化过程中的支撑和应力缓冲作用,从而维系电极整体结构的稳定,保证电化学反应的持续和可逆进行;而第二部分工作则直接对硅材料本身进行包覆处理,包覆层除了分担应力还能起到增强电子传输效率的作用,同时有效抑制了硅材料与电解液之间的直接接触所导致的副反应发生。具体实验内容和测试结果如下:(1)通过简单的阳极氧化法,制备出直接生长于钛片基底之上的二氧化钛纳米管阵列,并以钛片作为集流体而二氧化钛纳米管阵列作为中间支撑层,利用常规的涂覆法将硅材料与导电剂和粘结剂的混合浆料涂于阵列薄膜表层从而组装成双层结构的电极。500mA/g恒电流充放电测试结果显示双层结构电极的初始放电比容量高达3748.1mAh/g,在经历120个充放电循环之后容量最终稳定在1201.2mAh/g。对比之下纯硅材料电极容量衰减急剧,最终保持在110mAh/g。而循环前后的电极形貌对比分析表明,引入支撑层之后电极结构没有出现明显的破坏,而纯硅电极则产生了大量的裂纹和脱落现象。此结果说明双层电极中硅材料在放电容量和循环性能上的提升归功于中间层对体积膨胀负面作用的有效抑制,其有利于保持电极结构的整体稳定性从而实现电池反应的稳定进行。(2)利用易于操作的热还原反应和共混搅拌作用一步制备了由氧化亚铜纳米颗粒自发聚集包覆的硅材料负极。纳米硅颗粒表面包覆层由还原反应生成的氧化亚铜纳米微晶逐渐聚集而成,厚度为10nm左右。经过氧化亚铜包覆处理的硅负极材料循环稳定性得到了明显提升,在300mA/g的充放电电流下经历80个循环后比容量稳定于827.5mAh/g。而在引入双层电极的构筑方法之后,容量保留率得到了进一步提升并最终稳定在994.8mAh/g。以上结果说明氧化亚铜包覆处理的确有利于硅材料的循环性能提升,并可结合双层电极结构协同作用,从材料本身以及电极组装上共同改善硅负极材料的电化学性能。