[发明专利]一种离子液体电沉积制备锗/铝纳米薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备铝纳米薄膜的方法。

背景技术

能源和环境问题是近十几年来世界关注的焦点，因此锂离子电池的研究也成为了各个国家大力开发的热点。但是目前商品化的锂离子电池的负极材料石墨类碳材料的理论容量很小，仅为373mAh/g，难以满足航天、军工、电动车等发展的需求,因此寻找高理论容量的锂电负极材料成为了锂离子电池的研究热点。同为IVA族元素的硅和锗，由于其具有较高的嵌锂容量(硅负极的理论容量高达4200mAh/g，锗负极的理论容量高达1600mAh/g)成为了石墨类负极材料的最佳替代材料。锗基材料相对于硅基材料来讲，虽然其理论容量低于硅材料，但是其容量远远高于石墨类材料，而且由于锗具有较低的能带(Eg_Ge＝0.67ev，Eg_Si＝1.12ev)使得锂离子在其中的传导速率为在硅中的400倍。而电荷的传导速率为硅材料中的10⁴倍，从而使得锗基材料具有较高的比容量及循环稳定性，使其在动力汽车方向具有较好的应用前景。但是硅锗负极材料在与锂离子发生合金反应时会发生具大的体积膨胀(400％)，从而使得活性材料无法还原，逐渐从集流体上脱落，失去导电性，材料结构被破坏，不再具有嵌锂能力，使得电池的储能性能及稳定性远远达不到应用标准。因此需要制备出可以减缓体积膨胀的高容量负极材料来降低锂电负极材料粉化引起的困扰,提高电池的循环性能。

制备复合材料是目前解决活性材料体积膨胀的最佳方法之一。电极活性材料通过与各种介质的复合，可以有效提高电极材料在脱嵌锂过程中结构的稳定性，避免电极材料因体积变化造成活性物质的脱落，进而失去电接触，导致比容量降低等问题，显著提高电池的循环稳定性能。由于金属具有较高电子传递速率，同时具有较高的机械强度，因此将其与活性物质复合会有效减缓活性物质的体积膨胀。如果复合材料中的金属为非活性物质则其可以起到束缚活性物质体积膨胀，增加活性物质与集流体的结合力，防止活性物质的脱落的作用。如果复合材料中的金属为活性物质与锂离子可以发生合金反应，由于其与活性材料的嵌锂电位不同，则可以在活性物质反应时束缚活性物质体积膨胀，防止活性物质的脱落，提高电池的循环性能，当金属自身发生合金反应时则可以为电极材料提供相应的容量，同时电极材料对金属起到束缚的作用，可增加电极材料整体的导电性，提高电池的循环稳定性及容量。因此制备金属复合材料是解决锗基材料体积膨胀的重要方法。

然而目前为止大多制备锗基材料的方法为热蒸镀、电子束沉积、等离子体沉积、化学气相沉积(CVD)等。这些方法大多需要较高的温度能耗较大，而且制备工艺复杂，而且很难实现一步法制备锗-金属复合材料。

电沉积技术是一种简单成熟的制备金属及合金的方法。其方法简单易行，而且得到的产物的形貌和组成可控。但是由于电沉积锗所用的锗原GeX₄(X＝Cl,Br,I)在空气和含水或潮湿的环境下会迅速地水解，因此在电沉积过程中就不能用水溶液作为电解液，而传统的锗沉积的电解质均为高温熔融盐，反应中会带来很多有毒、有害的物质而且还浪费能源，不适合大量的生产。故使得电沉积锗基材料的发展比较缓慢。

发明内容

本发明的目的是要解决现有锗负极材料在充放电过程中粉化，制备时需要较高的温度，能耗大，工艺复杂和不能一步法制备锗-金属复合材料的问题，而提供一种离子液体电沉积制备锗/铝纳米薄膜的方法。

一种离子液体电沉积制备锗/铝纳米薄膜的方法，是按以下步骤完成的：

一、配制离子液体电沉积液：将1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐在100℃下蒸馏24h～48h，得到蒸馏后的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；将GeCl₄和AlCl₃加入到蒸馏后的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中，再在温度为50℃～60℃和搅拌速度为1000r/min～1200r/min下搅拌48h～72h，得到离子液体电沉积液；

步骤一中所述的离子液体电沉积液中GeCl₄的浓度为0.05mol/L～0.15mol/L；

步骤一中所述的离子液体电沉积液中AlCl₃的浓度为1.5mol/L～3.0mol/L；

二、恒电位沉积：将离子液体电沉积液加入到电解池中，以铂环作为对比电极，以银丝作为参比电极，以镍箔作为工作电极，将工作电极浸入到离子液体电沉积液中，采用恒电位沉积法沉积锗铝层；