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本文采用恒流电沉积方法，控制镀液中Sn2+/Ni3+浓度比，制备出不同含锡量的SnNi合金薄膜电极。采用多种电化学和非电化学方法，包括循环伏安、恒流充放电、ICP、XRD等研究了SnNi合金薄膜电极的性能。同时，采用理论计算，基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，讨论了锂离子电池锡金属负极和锡镍合金(Ni3Sn4)负极的锂嵌入和脱出反应机理。
结论如下：
(1)自行设计出薄膜带材电沉积系统作为锂离子电池合金负极材料的制备装置。在厚度为10～20μm的电池用集流体铜箔等薄膜带材上，经过电镀、洗涤、干燥等系列工序，连续制备电沉积金属或合金材料。同时此装置也适用于其他同类带材的连续电镀工艺。
(2)用电沉积法制备Sn薄膜电极，研究其失效机理。研究表明，锡嵌脱锂行为是Li与Sn形成不同含锂量的Li-Sn合金，Sn电极嵌锂是分步进行的，在0V～0.65V之间不同电位下，形成不同的Li-Sn合金，在0.65V附近形成贫锂相，随后在0.41V附近生成富锂相；脱锂电位在0.5v～0.85V之间，也分步进行。充放电测试和SEK观察表明，Sn以片状颗粒均匀沉积在铜箔上，首次嵌锂容量618 mAh·g-1，随后5次循环中，充放电容量逐渐升高，但是在第6次循环后，充放电容量迅速降低。在嵌脱锂过程中，合金体积发生膨胀和收缩，导致活性物质Sn的破碎，粉化。FTIR分析表明，在Sn电极表面同碳材料一样形成了固体电解质(SEI)膜，SEI膜具有允许Li’通过而不具电子导电性，SEI膜将破碎的Sn颗粒包裹，使颗粒间和颗粒与基体间完全失去电接触，形成一个个“孤岛”。这些孤岛不具有充放电活性，导致电极失效。
(3)研究了SnNi合金薄膜电极的电沉积制备条件。得到最优配方及电沉积工艺为：电沉积制备SnNi合金薄膜所采用的镀液中， Sn2+/Ni2+摩尔比为0.53，即含SnCl2·2H2O为0.15mol·L-1，NiCl2·16H2O为0.30mol·L-1，K4P2O7·3H2O为0.9mol·L-1，甘氨酸为0.1mol·L-1，氨水约5 m1·L-1，调节溶液pH为8.5，电沉积温度为45℃，在超声波条件下，电流密度0.1A·dm-2。
(4)电沉积方法制备了锡含量分别为0％，45.2％，62.7％，78.5％和86.1％(原子百分数)的锡镍合金，用循环伏安、恒电流充放电循环、X射线衍射(XRD)和电感耦合等离子体元素发射光谱(ICP-AES)等方法研究了制备锡镍合金作为锂离子负极的性能。结果表明，随着锡含量的升高，合金的初始容量增加，但循环稳定性显著降低。含锡量为62.7％的锡镍合金具有较好的综合性能：首次放电容量达554 mAh·g-1，充放电效率为82％，30次循环后放电容量保持在275 mAh·g-1左右，充放电效率保持在93％。
(5)采用第一性原理平面波赝势方法及有关热力学原理计算了Li-Sn各种合金相的物理化学性质。发现中等嵌锂相Li5Sn2具有膨胀率小、合金化/退合金化可逆性好，是最理想的合金电极相。另一方面，计算了采用直流和射频磁控溅射制备的锡薄膜物里化学性质，发现锂的嵌入电位与实验值变化趋势完全一致。
(6)采用第一原理计算，研究Sn3Ni4合金负极的电化学性能。研究表明，Ni3Sn4合金相具有良好的循环性能。理论计算与结论(4)实验结果完全一致。