由于硅材料具有高达4200 mAh g-1的理论比容量,成为最有希望代替石墨(372 mAh g-1)的新一代锂离子电池负极材料。然而硅负极材料的循环稳定性极差,这是因为在脱/嵌锂过程中巨大的体积膨胀(>300%)会导致电极结构的破碎。此外,其低的固有电导率(10-3 S/cm)阻碍了充/放电过程的电化学动力学,从而影响了倍率性能的提高,阻碍了硅负极材料在实际中的应用。通过构建Si-M(M=Mg、Cr、C等)复合结构材料,不仅能提高硅材料的电子电导率,而且第二相的延展性或疏松特性能够缓冲体积膨胀。本文以银薄膜作为修饰层,用磁控溅射法制备了Si-Ag薄膜,并探究了银薄膜的引入对硅基负极材料性能的影响,在此基础上取得了以下主要创新成果:1.通过磁控溅射技术,以铜箔作为集流体,制备了 Si/Cu、Ag/Si/Cu、Si/Ag/Si/Cu和Si/Ag/Cu四种结构薄膜材料,并探究了何种结构循环性能最优。研究表明,银薄膜作为嵌入层时(Si/Ag/Si/Cu结构)不仅表现出最高的面积比容量和最优的循环稳定性(充放电的电流密度为65.2 μAcm-2的条件下,150次循环后,面积比容量为111.7 μAh cm-2,容量保持率为80%),而且倍率性能也最好。此外,由于引入的Ag薄膜具有优异的电子电导率,Si/Ag/Si/Cu多层结构的电荷转移电阻也最小。2.基于上一阶段得到的循环性能最优的Si/Ag/Si结构,探究了 Ag薄膜的厚度对其电化学性能的影响,并找到了最佳厚度。保持上层和底层硅薄膜的厚度相同(都为140 nm)的条件下,研究发现Ag薄膜的厚度分别为5、15、30和60 nm时,循环稳定性呈现先增大后减小的趋势,其中厚度为30 nm时,即Si/Ag/Si(140/30/140 nm),循环稳定性最好(200次循环后容量保持率为70%)。此外,电荷转移电阻也呈现先增大再减少的趋势,这是由于银的含量、薄膜的破碎和互混程度共同作用的结果。200次循环后,多层Si/Ag/Si(140/30/140 nm)结构负极中银薄膜的容量贡献率高达59.1%。3.以多层Si/Ag/Si(140/30/140 nm)结构为例,探究了退火温度与循环稳定性的关系,并对内部机理进行了初步的分析。研究了退火温度分别为100、200、300和400 ℃,退火时间为30 min的条件下的循环性能,结果表明退火温度为300℃时循环性能最优:在恒流充放电电流大小为1 Ag-1的条件下,循环500次后,比容量依然保持在1343.7 mAh g-1(约等于石墨理论比容量的3.6倍),容量保持率高达71.9%。进一步分析发现,300 ℃退火处理的Si/Ag/Si结构负极的失效机理主要是由于循环过程中薄膜破碎引起的,而不是电极副反应(SEI膜的破碎和重建)导致的。