硅材料具有储量丰富、理论比容量高(4200 mAh g-1)的优点,被认为是最有潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而硅材料的导电性较差,并且在嵌脱锂过程中会产生巨大的体积膨胀(约300%),导致电极结构的粉化,造成容量的急剧衰减,限制了它的实际应用。氧化亚硅材料(SiOx)作为硅材料的一种替代,具有较高的比容量的同时兼具良好的循环性能,但其同样受较大的体积膨胀(约200%)和较低的电子电导率(约10-12 S cm-1)所影响,在实际应用中受到了阻碍。针对这些局限性,本文从薄膜电极的角度切入,研究了硅薄膜和氧化亚硅薄膜的电化学性能,并制备了具有优秀循环性能的硅基复合薄膜电极。研究内容如下:第三章利用磁控溅射方法制备了非晶态Si薄膜负极,厚度为179 nn的Si薄膜具有87.2%的首次库仑效率和3402 mA h g-1的可逆比容量,但循环过程中的体积效应造成电极结构的破坏,50次循环后容量急剧衰减,90次的容量保持率仅有71.3%。通过三种方法提高了Si薄膜的循环性能:(1)引入与Si薄膜结合力更强的Ti过渡层,150次的容量保持率提高至77.8%;(2)限定80%的可逆容量进行循环,将Si薄膜负极的脱锂电位从1.5 V降低至0.56V,能够减小拉应力产生的形变从而提高其循环性能,100次的容量保持率为96.6%;(3)使用共溅射法制备Si/C复合薄膜,碳含量为14.9 wt.%的薄膜循环100次的容量保持率为76.2%,这是因为碳起到了缓冲体积效应,维持结构稳定的作用。第三章中对磁控溅射制备的复合电极的实际应用进行了初步探索,制备了溅射Si(C)-石墨复合电极,证明了“集流体/石墨/溅射硅颗粒”结构的电化学性能优于“集流体/溅射硅薄膜/石墨”结构,硅含量约为1 wt.%的G/Si复合电极0.1 C可逆比容量约为382 mA h g.1,质量比容量和体积比容量比商品化石墨提升了10%,循环100次仍有96.3%的容量保持率,这是因为石墨电极提供优良的导电性,表层的硅以纳米颗粒形式存在,体积效应较小。但是当活性物质的载量增加时,由于硅体积效应的增大与电极极化的增加,复合电极的电化学性能会有所下降。第四章利用磁控溅射方法制备了非晶态SiO和SiO/C薄膜负极,厚度约为1.06 μm的SiO薄膜首次库仑效率约为57.0%,因为薄膜的电子电导率较低,需要循环60次达到最大可逆比容量1209 mA h g-1,C循环750次容量保持率为75.8%。适量的共溅射碳能够提升薄膜负极的电化学性能,当含碳量为13.9 wt.%时,首次库仑效率和750次循环容量保持率分别为71.8%和80%,循环后的电荷转移阻抗和薄膜膨胀率明显减小,电极结构更加完整;而过量的共溅射碳(17.7 wt.%)会对锂离子扩散产生空间位阻,电化学性能变差。共溅射碳的作用分为两部分:由于电子电导率的提升,使电极在循环初期充分嵌脱锂,比表面积增大,有利于电解液浸润以及活性物质容量的发挥;在后续循环中起到缓冲体积效应,维持电极结构的作用,有利于循环性能的保持。应力测试结果说明碳具有减缓应力积累,稳定电极结构的作用。