锂离子电池作为二十一世纪的关键储能设备,在其正极材料容量没有大的突破之前,使用高比容量负极材料是提升锂离子电池能量密度的主要策略。Si是已知锂离子存储能力最强的单质材料,但其较低的电子和离子电导率极大地影响了电化学性能的发挥。Ge与Si属于同族元素,尽管Ge的储锂容量与Si相比较弱,但是Ge的电子和离子电导率比Si高两个数量级。课题组前期采用Si/TiO2多层膜对Si/TiO2的界面行为进行了较细致的研究,发现界面提升了负极材料整体的电化学性能,同时促进了离子的扩散动力学。本论文中我们以Ge为研究对象,研究了TiO2/Ge和TiO2/（Si-Ge）的界面电化学行为。1.在TiO2/Ge多层膜结构中,探讨非晶TiO2缓冲基体对Ge基材料的结构与电化学性能影响;通过多层膜结构将TiO2-Ge复合材料存在的异质界面进行宏观放大,探讨TiO2/Ge的异质界面效应。结果表明:（1）非晶TiO2作基底有效缓解了Ge材料的体积变化,提高了负极材料的循环稳定性;（2）TiO2/Ge异质界面存在大量的储锂位点,界面通过电池电化学行为储锂,提高了负极材料的比容量;（3）TiO2/Ge异质界面处形成局域锂离子浓度梯度,进一步促进锂离子的输运动力学。2.与非晶TiO2相比较,锐钛矿相TiO2具有更加稳定的热学性能与机械性能。因此,对TiO2/Ge多层膜复合负极材料进行热处理,使TiO2相发生非晶到锐钛矿的转变,探究其电化学性能。结果表明:（1）锐钛矿相TiO2较非晶TiO2能更好的稳定电极结构,提高了负极材料的比容量保持率与结构稳定性,可广泛应用于较大体积变化IV族元素的缓冲基体;（2）热处理实现了Ge从薄膜内部扩散到薄膜表面;（3）样品c-TG-15:5为最佳TiO2/Ge厚度比,该样品具有最大比容量（650 m Ah/g）与优异倍率性能。3.Si具有极高的比容量,Ge具有极好的扩散动力学,制备TiO2/（Si-Ge）合金多层膜复合材料可实现高能量密度与高功率密度的要求,同时Si部分替代Ge能降低负极的成本价格。结果表明:（1）Si:Ge比例为1:1时,TSG-50%具有最优秀的电化学性能,这是因为该比例下,Si-Ge合金内部产生最大的局域应力场,限制位错移动,稳定了电极片结构;（2）多层膜TiO2/（Si-Ge）异质界面处也有大量储锂位点,提升了样品比容量;（3）Ge提升了电极片的电导率;（4）非晶相TiO2缓解一定程度上缓解了Si-Ge合金的体积变化,稳定电极结构。