锂离子电池由于安全性能好、能量密度高、循环寿命长、输出电压高等优点而得到了广泛应用。近年来,随着微电子、电动汽车等领域的发展,人们对锂离子电池提出更高的要求,开发出比容量更高、循环性能更好的新型电极材料显得尤为迫切。锌基负极材料因其理论容量高、环境友好等优点而备受关注。更重要的是,我国锌储量居世界第二,再加上其化合物种类丰富且制备方法多样,成本低廉,因此,研究开发具有高性能的锌基负极材料对于中国能源行业具有重要的战略意义。在锌基负极材料中,ZnO和ZnS以其良好的电化学性能备受研究者关注。但是充放电过程中产生的体积变化效应以及本征导电性差等问题,一直制约着它们的发展。大量实验证明,设计和制备特殊的复合纳米结构可以有效缓解材料的体积膨胀,提高电极材料的导电性。原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)作为一种发展中的纳米级薄膜制备技术,以其共形性、精确的亚单层膜厚控制以及大面积均匀性的优点,正在被应用到锂离子电池领域中,成为一个研究热点。ALD除了通过修饰电极表面改性电极材料、提高电池性能以外,还可以用于合成制备锂离子电池的正极、负极和固态电解质材料。通过不同材料的复合、独特的结构设计,可以制备出具有高性能的电池材料。因此,本论文针对ZnO、ZnS锌基负极材料由于充放电过程中的体积变化、导电性差引起的循环稳定性与倍率性能不佳等技术难题,采用ALD技术为手段,设计制备了几种纳米结构,包括ZnO/TiO2纳米叠层结构、Co掺杂的ZnO薄膜和碳纳米管(carbon nanotubes)CNTs@ZnS核壳结构等,对组成、微结构和形貌进行了表征,并研究了 ZnO/ZnS锌基负极材料的电化学性能。主要进展如下:1.采用ALD技术设计并成功制备了 ZnO、TiO2厚度比约为5:1的ZnO/Ti02纳米叠层结构,其总厚度约为140 nm,晶粒大小约为100 nm。作为锂离子电池负极材料时表现出优异的电化学性能:在电压范围0.05-2.5 V、电流密度500 mA/g下循环1200次后,容量仍保持651 mAh/g,且没有出现衰减趋势,相比于纯ZnO薄膜具有更高的比容量与循化稳定性。这主要归功于ZnO/Ti02纳米叠层结构中的Ti02提供了结构支撑,缓解了 Li+嵌入/脱嵌时由于体积变化引起的应力应变与材料的粉化效应。相比于块状材料,纳米薄膜结构缩短了 Li+和电子的传输距离,提高了电子和锂离子的迁移速率,倍率性能优异。2.为了降低ZnO薄膜的首次不可逆容量,结合热ALD和等离子增强ALD制备了 Co掺杂的ZnO薄膜,其中Co掺杂质量百分比约为3.0%。尽管Co含量不高,但相对于单纯ZnO薄膜,Co离子的引入明显改善了 ZnO薄膜的电化学性能:首次库伦效率提高至63%(单纯ZnO为45%);在电压范围0-2 V内、电流密度500 mA/g充放电100循环后,容量剩余302 mAh/g,远高于ZnO薄膜的108 mAh/g。原因可能是第一次充放电过程中形成的Co金属纳米颗粒,有利于促进不可逆的Li2O还原为Li,并重新参与循环。3.采用ALD技术,通过在羟基化的多壁碳纳米管上沉积100循环的ZnS制备了 CNTs@ZnS核壳结构。其中,ZnS表现为纳米多晶结构,厚度约为6nm,占总质量的52.1%。CNTs@ZnS核壳结构作为锂离子电池负极材料展现出优异的循环性能:在电压范围0.05-2.5 V、电流密度100 mA/g条件下循环140次后,容量仍保持在474 mAh/g,且由于电极材料的活化使容量仍然保持上升的趋势。主要归因于导电CNTs不仅提高了材料的导电性,还提供了结构支撑,同时,纳米尺寸的ZnS可以缓解Li+嵌入/脱出所引发的应力应变,缩短了 Li+和电子的传输距离。