随着化石燃料的有限性和日益突出的环境问题,新型能源因其环保和可再生的特性越来越受到社会的重视。锂离子电池因其高的能量、高的功率密度和循环稳定性等优点,被认为最有希望成为新型能源储存设备。近年来,新能源汽车的发展使得锂离子电池备受关注,成为新能源汽车首选的储能装置。锂离子电池研究的关键在于电极材料,传统的石墨负极已不能满足越来越高的能量密度的需求,因而,寻求更高能量密度的负极材料成为了研究热点。铜氧化物（Cu_xO）因为理论容量高、环境友好、成本低廉等优点成为了研究者们研究的重点,这一类材料作锂离子电池负极材料时展示出了优越性能的同时,也存在一些缺点,如导电性差,在充放电过程中材料体积膨胀/收缩而导致电池结构的破坏,严重降低电池的电化学循环稳定性。解决这些问题的途径主要有与碳基材料复合、材料的纳米化、材料的薄膜化等。其中,纳米结构一方面能够缓解充放电过程中的体积膨胀带来的应力变化,另一方面还可以有效缩短锂离子的扩散路径,提高材料的电化学性能。而薄膜化的电极材料机械强度好、比表面积大,不仅在一定程度上缓解电极材料充放电过程中的体积膨胀问题,而且增大电极材料与电解液的接触面积,从而缩短锂离子的扩散距离,以提高材料电化学性质。因此,本文通过纳米结构设计的方法改善铜氧化物薄膜电极的电化学性能,主要内容如下:本文首先通过磁控溅射的方法制备不同铜氧化物相薄膜。实验表明,在磁控溅射过程中,通过调节氧气与氩气的压强和流量比例可逐步得到CuO,Cu₂O和Cu₄O₃及其混合相。在此基础上,我们建立了铜氧化物薄膜的相图。并进一步对不同相薄膜的晶体结构,表面形貌,光学带隙及电学性质进行表征,且发展了一种利用KPFM进行铜氧化物价态识别的新方法。其次,在相图研究的基础上,进一步通过“掠入射”沉积的方法对铜氧化物纳米结构的薄膜进行研究,得到具有纳米阵列结构的铜氧化物薄膜,并分析比较了不同相的储锂电化学性质。循环性能测试表明CuO相的首次效率、循环稳定性较其它两种相更优。最后,选择CuO作为电池的负极,与钴酸锂正极匹配,利用铝塑膜塑封,设计并制备了软包全电池,实验结果表明,CuO负极在软包电池中能保持良好的循环性能。