近年来,硅基和氧化锌基负极材料因具有比商用石墨材料更高的理论比容量而备受关注。Si基薄膜材料的离子及电子传输距离短,而且制备过程无需粘结剂;ZnO基微纳米材料则具有转移化反应和合金化反应所带来的高比容量和形貌多样等优点,因此两者作为锂离子电池负极都具有良好应用前景。然而,由于在循环稳定性和倍率性能方面都存在明显缺陷,相比于碳基负极材料,ZnO微纳米结构和Si薄膜材料负极的储锂性能研究报道较为少见。这主要是由于两种活性物质都在脱/嵌锂过程中遭受巨大的体积变化,剧烈的体积膨胀/收缩引起的大的应力将造成电极材料破裂、粉化,导致容量锐减,循环寿命下降;另外,Si和ZnO材料自身较差的电子导电性严重制约了其电化学反应动力学及倍率性能。如何有效克服上述Si基和ZnO基电极材料的缺陷,获得高容量、优异循环稳定性及倍率性能,是使这两种有潜力的材料实现广泛应用亟待解决的难题。多孔结构微纳米材料作为锂离子电池负极时,其大的比表面积能够提供更多的电化学储锂活性点位,而材料内部空间不仅可以为电解液进入活性物质内部提供传输通道,而且可有效缓冲循环过程中电极材料剧烈的体积变化,有利于提高电极的比容量和循环性能。另外,研究表明,将不同材料进行复合,基于不同组元间的协同效应可有效提升材料的物理/化学性能。因此,针对Si和ZnO负极材料循环过程中剧烈的体积变化以及自身导电性差的缺点,本文通过将多孔结构构筑与复合策略相结合,着重制备具有多孔结构的Si基(Si-Cu)和ZnO基(ZnO-CuO)复合负极材料,基于电极材料结构及成分的精细调控与优化有效提升了其电化学储锂性能。主要研究内容和结论如下:(1)单层多孔Si-Cu纳米复合薄膜负极:采用纳米粒子束流复合沉积技术首先在铜箔集流体上预沉积多孔金属Cu纳米颗粒膜,并作为导向层原位溅射生长Si活性层,制备得到单层多孔Si-Cu纳米复合薄膜。电化学测试结果表明具有最佳锂存储性能的单层多孔Si-Cu纳米复合薄膜的制备参数为:Cu纳米颗粒膜的厚度为12nm、Si活性层的厚度为50nm。在1Ag-1电流密度下循环时,单层多孔Si-Cu复合薄膜负极首次循环的放电/充电比容量为4104/3305 mA h g-1,对应的库伦效率为80.5%;循环1000次时其可逆容量为3124 mA h g-1,相对第二圈的容量保持率达95%,且库伦效率始终保持在98%以上。在20Ag-1大的电流密度下循环450次时,单层多孔Si-Cu纳米复合薄膜的比容量保持在2000 mA hg-1以上,显示出高的比容量及优越的循环和倍率性能。(2)多层多孔Si-Cu纳米复合薄膜负极:在单层多孔Si-Cu纳米复合薄膜的基础上,通过原位逐层溅射的方式制备多层多孔Si-Cu纳米复合薄膜。电化学测试结果显示,当复合薄膜的层数由1层增加到2、3、4层时,虽然薄膜负极的比容量有所下降,但是2、3、4层Si-Cu复合薄膜负极的可逆容量几乎不变。制备的四层多孔Si-Cu纳米复合薄膜负极在1 A g#电流密度下循环250次时其可逆容量达1825mAhg-1,容量保持率为89.6%。上述研究结果表明通过多层构筑的方式确实能够在维持Si基薄膜负极高比容量的同时有效增加活性物质的负载量,这有利于提高锂离子电池的总能量。(3)ZnO-CuO多孔复合微米球负极:基于简便的液相吸附法结合热处理成功制得ZnO-CuO复合多孔微米球。该微米球的外壳层主要由ZnO和CuO纳米颗粒组成,微米球内部主要由ZnO纳米颗粒组成。作为锂离子电池负极材料时,合成的ZnO-CuO多孔复合微米球负极显示出比单纯的ZnO实心微米球更优异的锂存储性能,这主要与其独特的多孔结构构筑以及不同组元间的协同效应有关。