信息技术、能源技术的发展促进了社会对新型高比容量、长寿命二次电池的需求。从便携式的电子设备到电动汽车,从飞机、飞船到潜艇,锂离子电池都得到了越来越广泛的应用,是最有发展前途的二次电池。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分,是最活跃的研究方向之一。碳负极材料由于其循环寿命长,成本低等特点,广泛应用于商业化的锂离子电池中。但是碳负极材料的比容量较低,而且由于碳电极嵌锂电位与金属锂的电位比较接近,在电池过充的时候,碳电极的表面会析出金属锂,可能着火和爆炸,存在一定的安全隐患,因此人们不断探索和开发新的可以替代碳材料的负极材料。自从日本富士公司发现二氧化锡可以与锂反应形成锂的合金具有较高的比容量之后,人们开始大量地研究这类能与锂形成合金的负极材料。但是这类材料在充放电过程中存在严重的体积变化,使电极内部产生较大的内应力,会导致材料粉化及结构破坏,循环稳定性较差,严重限制了其在实际中的应用。为此,本论文拟从几方面探索解决这一问题的途径,包括调控这类材料的纳米结构,将这类材料与碳制成复合材料等方法。主要包括以下五个部分:　　 一、直接用三种金属氯化物的混合溶液在碱性条件下共还原得到Sn-Sb-Cu合金材料。通过调节反应物的浓度,得到合金的纳米颗粒和纳米空心球的结构,由于在反应溶液中没有加入任何表面活性剂或固体模板,我们认为形成空心结构的机理属于一种气泡辅助的生长。将纳米空心球和纳米颗粒两种结构的材料用于电化学性能的测试,我们发现空心球结构的材料具有更好的反应动力学和循环稳定性。这主要是因为空心结构具有较大的比表面积,而且离子的扩散距离较短,可以提高电化学的反应速率。而空心结构本身有利于缓解材料在体积膨胀和收缩时所产生的应力,从而提高材料的循环寿命。　　 二、利用SnCl2的水解反应使用水热法合成SnO2纳米片状结构。将水热反应的产物进行不同温度的煅烧处理,发现适当的煅烧可以去除产物中少量的杂质,并提高产物的结晶性,从而改善材料的电化学性能。经过高温煅烧处理后的SnO2纳米片作为负极材料进行循环性测试,在30次循环后仍然具有670mAh g-1的比容量,远高于商业化的碳材料,以及普通的SnO2纳米颗粒。这种特殊的二维片状结构可以有效减小体相中离子的扩散距离,同时提高材料的稳定性,从而改善材料的电化学性能。　　 三、采用等离子体辅助的化学气相沉积方法合成In2O3薄膜。InCl3和O2的反应原本是一个热力学不自发的反应,在引入等离子体之后,由于新能量的加入,使反应能够顺利进行,得到具有垂直取向的In2O3阵列。原位的发射光谱表征了反应过程中的反应活性物种,并研究了等离子体的相关特性。这种In2O3电极在经过100次循环后依然保持580mAh g-1的比容量,与普通的In2O3薄膜相比具有更大的应用价值。　　 四、通过一步的水热反应制备出碳包覆的SnO2纳米颗粒。以蔗糖作为碳源,在水热过程中形成一层多聚糖的包覆层,然后在500℃使其完全碳化。通过表征发现,纳米颗粒内部由大约4nm的SnO2微粒构成,并均匀地分散在整个纳米颗粒中。所得到的碳包覆的具有良好的循环稳定性,在100次循环后容量没有明显的衰减,说明碳材料的包覆能够有效地缓解电化学反应过程中体积变化所造成的应力,是一种有效的提高材料循环稳定性的方法。　　 五、利用磁控溅射制备碳和锡的复合薄膜,用锡靶作为锡源,通过加入乙炔反应气在等离子体条件下分解来引入碳。由于锡核在气相生长过程中就有碳在其表面形成,可以有效抑制锡颗粒在气相中的生长,从而得到金属颗粒较小的产物,同时也可以保证沉积之后锡颗粒的均匀分散。制备得到的复合薄膜在循环50次之后仍然具有710mAh g-1的可逆容量,也进一步说明了通过与碳复合,能够有效地提高合金型负极材料的循环性能。