随着便携式电子智能设备等的飞速发展,人们对其上所搭载的微能源模块提出了更高的要求,以适应高度集成化的电子设备和不断丰富的应用场景。硅基锂离子电池因为其所具有的大容量、易制备、可靠性好、安全性佳等特点,被认为是微型智能设备供电模块的首选。但由于硅在反应中会伴随着脱锂/嵌锂发生剧烈的体积膨胀,由此产生的应力会导致电极结构破裂,进而使电池容量骤减、性能劣化。因此本文从电极复合材料与纳米结构等角度出发,提出一种具有对称复合结构的自支撑薄膜电极结构,探究进一步改善硅基锂离子电池性能的可能性。本文立足最常见的硅基材料之一氮化硅,采用化学气相沉积法制备电极材料。首先设计通过调节反应气体流速制备得到不同硅氮配比Si N薄膜电极,并在此基础上设计制备具有对称“三明治”结构的Si N/Si/Si N复合薄膜电极,最后引入纳米结构材料碳纳米管,将电极活性材料从金属集流体上脱离下来,并与Si N/Si/Si N复合材料结合成为“自支撑”复合薄膜电极,针对其在改善锂离子电池性能方面的作用进行了研究。利用手套箱进行电池的组装,利用电化学工作站、蓝电池测试系统、Arbin电池测试系统等对样品进行电化学测试,利用X射线能谱分析仪、拉曼光谱分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对样品的化学组成与晶体结构、反应前后表面/横截面形貌,以及表界面特征等进行物理化学表征。研究发现:与Si/N=1.2和Si/N=1.7的氮化硅薄膜电极相比,Si/N=1.5的电极比另外两者样品具有更大的比容量(68μAh cm-2),同时循环稳定性更佳（100次循环后容量保持约58.4%）,证明通过调节硅氮含量配比可以将Si的大容量和Si N的循环稳定性结合折中;具有对称三明治结构的Si N/Si/Si N复合材料作负极（NSN@SS）时,比其他复合结构电极具有更大容量、更好的循环稳定性和倍率性能(350次循环后仍有约29.2%的容量保持,比容量约62μAh cm-2),证明该结构中可以通过“应力补偿”效应改善电池性能:位于复合结构顶层的Si N可作钳位层抑制硅的体积膨胀,底层的Si N又可作缓冲层帮助释放应力;而自支撑复合薄膜作负极（NSN@CNT）时,比@SS负极及其他自支撑硅基负极具备更大的容量与更优越的循环、倍率性能(350次循环后仍有约73.8%的容量保持,比容量约259μAh cm-2),证明该结构中可以通过“协同效应”改善电池性能:一方面,对称复合材料可以有效缓解硅反应造成的应力,使得该负极在循环过程中保持完整的形态和良好的机械性能;另一方面,完整的复合材料又可以避免基底与电解液的直接接触,维持基底良好的机械性能,充分发挥碳纳米管作为弹性缓冲基质的作用,两方面相互作用相互促进,达到改善电池性能的最佳效果。通过复合材料与纳米结构的综合应用,利用“协同效应”有效提升电池容量与循环性能,对电子设备、微机电系统等电源模块的研究与应用具有重要意义。