硅具有高容量/能量密度、良好的工艺制备兼容性、易与电子器件集成等优点,是锂离子电池负极材料的有力候选之一。硅的理论比容量非常高,可达4200 mAh g^-1,但在脱嵌锂过程中,硅电极会发生剧烈的体积膨胀和收缩。这种体积变化会破坏电极的结构,导致电池容量快速衰减甚至电池失效。本文研究了半导体行业中常见的材料（硅、氮化硅和碳化硅）的电化学性能,并提出一种自支撑硅薄膜结构的制造方法来获得较好的电化学性能。本文研究了以ICP-CVD工艺制备的SiC薄膜作为锂离子电池负极材料的电化学和物理化学性能。由于反应温度不高,生成的SiC薄膜成非晶状态,这有利于缓解电化学反应中产生的应力。SiC和锂离子反应的机制为:SiC与Li⁺发生不可逆反应,生成Li_xSi_yC和Si,之后Si再与Li⁺发生可逆的电化学反应生成Si-Li合金。SiC的首次库伦效率较低是由第一个不可逆反应造成的。由于SiC的活性比Si的活性低,在100个循环过后仍有SiC剩余。尽管这部分SiC使电池比容量降低了,但由于它们具有较大的机械强度,因而可以充当Si材料的缓冲层,用来包覆Si薄膜使之在循环充放电的时候不会破碎,因而SiC具有较好的循环性能。同时本文研究了热退火对以PECVD工艺生长的氢化SiN为负极的电池性能的影响。温度大于450 ^oC的热退火可以提供足够的能量使薄膜内部Si-H键和N-H键断裂,发生脱氢反应并激活负极材料,因此即使没有电化学活化过程,相对较高的退火温度（?450 ^oC）也会产生比较大的反应容量。随着退火温度的提升,首次充放电时的库伦效率也跟着提升。然而随着退火温度的进一步提升,SiN薄膜的机械性能明显下降,这导致负极的循环性能变差。相比于低温或者高温退火的负极材料,适当退火温度（⁴50 ^oC）下的负极材料具有更高、更稳定的可逆容量和更好的倍率特性。因此适当退火温度的SiN负极材料（⁴50 ^oC）是高性能硅基锂离子电池的理想负极材料。此外本文还采用了以氯化钠晶体作为牺牲层的方法制备了自支撑结构的Si薄膜。本次溅射生成的Si是无定形的Si,这种非晶状态的Si会形成渗透通道,这可以促进锂离子的扩散,因此非晶态Si相比于晶态Si表现出了更高的反应速度。在循环性能上自支撑结构在经历了200个循环后容量几乎不发生改变,而弹性衬底Si薄膜和固定衬底Si薄膜在循环时容量都下降很快且固定衬底Si薄膜循环性能更差。因此这种自支撑的Si薄膜结构可以提高硅基锂离子电池的电化学性能。