能源短缺和环境污染已成为全世界所面临的重要问题,发展清洁能源和新型储能体系已刻不容缓。锂离子电池因其具有体积小、质量轻、高电压、高容量、大功率、放电平稳、安全可靠等优点,被认为是移动储能体系中最具潜力的系统,已广泛地应用于移动电话、笔记本电脑等便携式电子产品中。随着能源存储需求的扩大,人们不断的寻找和设计高能量密度的锂离子电池材料,以代替目前使用的含碳负极材料(容量约为372mAh·g-1)。2000年,Tarascon等人提出了基于纳米尺寸金属氧化物转换反应的机理,理论容量高达1000mAh·g-1,金属氧化物作为锂离子电极材料又重新引起人们广泛的兴趣。然而,金属氧化物作为负极材料也有自身的缺点,如电导率较差,电池内阻较大,且一些金属氧化物在反应过程中还会与锂形成合金反应,导致充放电过程中体积变化较大,电化学行为较差。为此,人们做了一系列的研究来解决上述问题,主要包括以下几种途径：1)材料薄膜化；2)材料纳米化；3)掺杂或制备复合材料。本文采用脉冲激光沉积法制备了两种不同组分的NiO纳米复合薄膜材料(NiO-NiS和NiO-NiSe)作为锂离子电池的电极,通过恒流充放电、循环伏安及交流阻抗法测量其充放电性能和电化学反应特性。并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED)多种手段对初始沉积薄膜、放电和充电过程中物质的结构、形貌及组成进行表征,从而探讨了其电化学反应机理。内容主要包括以下两个部分：一、用脉冲激光沉积法烧蚀不同组分的靶材,成功制备NiO、NiS及NiO-NiS纳米复合薄膜,并对其储锂性能进行研究比较。结果显示：与单一体系的NiO和NiS薄膜电极相比,NiO-NiS纳米复合薄膜电极中锂离子传输阻抗较小,充放电容量和循环稳定性都有一定程度的提高,前30圈容量基本维持在500mAh·g-1左右,但随着反应过程中NiO和NiS的逐渐分离,薄膜的体积和内部应力会发生相应的变化,且硫化物在充放电时会形成易溶于液态电解质中的锂硫化合物,从而导致复合薄膜的容量在30圈之后并开始衰减。电化学反应机理表明NiO-NiS纳米复合薄膜中的NiO和NiS与锂反应是相互分离的,经过一次循环后能重新生成。二、改变复合材料的组分,用脉冲激光沉积法制备另一种NiO纳米复合薄膜(NiO-NiSe),同样对其储锂性能进行了研究。与NiO-NiS纳米复合薄膜相比,NiO-NiSe纳米复合薄膜与锂反应的产物不易溶于液态电解质,具有更好的循环稳定性,在经过50次循环后放电容量衰减很小,约为495mAh.g-1,且倍率性能良好更适合做锂离子电池负极材料。其反应机理与NiO-NiS纳米复合薄膜相类似,电极中的NiO和NiSe在放电过程与锂的反应也是相互分离的,在充电之后能够重新生成。此外,在附录Ⅰ中还介绍了作者硕士期间另一部分相关工作：用射频磁控溅射技术制备7种不同Al203(0、1、2、3、5、7、9wt%)掺杂ZnO薄膜,并对其电学和储锂性能的进行研究。XRD和电学测试结果显示：Al的掺入会引起ZnO晶格常数变化,当Al203掺杂比为2wt%时,薄膜可以得到最低电阻率4.94×10-4Ω·cm。另一方面,不同AZO/Li薄膜电池的电化学测试结果表明：适当的掺杂(1～3wt%)可以有效的提高薄膜的电导率,使其获得更高的容量和循环稳定性；在所有的AZO薄膜中,AZO2(2wt%Al2O3)电极的电化学性能最好,在经过40次循环后放电容量仍能维持590mAh·g-1；但掺杂过多时,会生成独立的、不参与反应的Al203晶相,薄膜电阻率大大提升,电极的可逆氧化／还原反应受阻；令人意外的是,在AZ02薄膜首次放电和充电过程中,能够分别探测到LiAl合金和纳米Al203的形成,而充电生成的Al203对增强AZO薄膜的电化学性能起到了决定性的作用。本文对两种不同NiO纳米复合薄膜和AZO薄膜材料的电化学特性和反应机理进行了深入的探讨,有助于二次锂离子电池负极材料的制备及性能的研究,对探索新型高能储锂材料具有一定的指导意义。