在设备高度电力化及可移动化的当下,开发高效的能源存储器件成为了目前科学研究的焦点之一。锂离子电池因能量密度高、使用寿命长、安全性能好等优点,在储能领域有着广泛的应用。目前,商用锂离子电池阳极材料为石墨材料,其理论比容量为372 mAh/g,而且大倍率充放电性能欠佳,制约了锂离子电池在纯电动汽车和高性能移动电子设备等应用领域的进一步发展。因此,开发具有高能量密度、高倍率性能和长循环寿命的锂离子电池对于电动汽车的巡航能力提升和便携式电子设备的待机时间延长具有重要的意义。在室温下第四主族元素锗具有高达1384 mAh/g的理论储锂比容量,是下一代锂离子电池阳极材料极具潜力的候选者。然而,锗材料在锂离子的嵌入和脱出过程中会产生巨大的体积形变,容易造成电极结构的崩塌,致使活性材料从集流体上脱落,进而导致容量的急剧衰减。研究发现,纳米化薄膜电极可有效的缓解上述体积效应,同时,薄膜化的电极由于避免了导电添加剂及粘结剂的使用,在全固态薄膜电池应用领域潜力巨大。但是,传统平面化集流体会严重制约薄膜电极的活性物质负载量,无法满足器件对电池能量密度的要求。纳米结构集流体因其更高的比表面积,可有效提升活性材料的负载量。本文采用热氧化还原法和化学气相沉积法制备了两种纳米结构集流体,并将其与锗薄膜活性材料结合,制备了纳米化的锗薄膜阳极,研究了不同纳米结构的集流体对锗薄膜锂离子电池阳极性能的影响。具体研究内容如下:(1)纳米多孔泡沫镍集流体对锗薄膜阳极性能优化:本部分工作通过热氧化还原法制备出具备纳米多孔结构的泡沫镍集流体,并通过电子束蒸发在该集流体上沉积包覆了非晶锗薄膜,获得了锗薄膜阳极。通过扫描电镜、拉曼光谱和X射线衍射等结构物性表征手段分析了集流体和锗薄膜阳极结构特性。电化学测试结果表明通过优化集流体结构可以有效提高锗薄膜阳极性能,在20 A/g的电流密度下,其比容量为1292 mAh/g,在50 A/g的电流密度下,其比容量为740 mAh/g,在上述电流密度下100次循环后,所制备阳极容量保持率分别为95%和93%。(2)锗/碳纳米管同轴纳米棒阳极的制备及性能研究:为进一步提高集流体的比表面积,本部分工作在未刻意使用催化剂和阻挡层的情况下,在第一部分工作中制备的纳米多孔泡沫镍衬底上原位生长了碳纳米管织物结构,通过电子束蒸发沉积在该结构上包覆了非晶锗薄膜,得到锗/碳纳米管同轴纳米棒阳极。相比第一部分工作,同轴纳米棒结构进一步提升了锗薄膜阳极的性能,在50A/g电流密度下的比容量达到800 mAh/g,在10 A/g的电流密度下充放电循环300次后,容量保持率达到90%。