[發明專利]一種鍺/碳復合負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201510072570.6
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104659346A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 李秀;馬建民;毛玉華
• 申請（專利權）人: 深圳新宙邦科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 彭家恩;彭愿潔

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料技術領域，尤其涉及一種鍺/碳復合負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著能源枯竭和環境惡化，發展電動汽車勢在必行，為此各國都制定了相關政策。電動汽車推廣面臨的技術難題之一是受蓄電能力的制約，即電池容量。其容量很大程度上取決于電極材料的選擇。當前，廣泛應用的負極材料主要是石墨，其容量約為372mAh/g，且其電位與金屬鋰的電位很接近。石墨材料的低容量、較差的安全性制約鋰離子電池作為動力電池的發展。因此，發展新型負極材料取代石墨對于提高電池容量極其重要。

鍺基材料具有極高容量，且與硅基材料相比具有極高電導率。因此，是目前研究的一個重要材料體系。但是，鍺基材料在充放電過程中存在體積膨脹問題，制約電極的穩定性。發展鍺/碳復合負極材料可以有效解決這個問題,然而產量比較低。為此，開發方法簡單、易于批量生產的鍺/碳復合負極材料是當前的的難點。

發明內容

本發明提供一種宏量化、方法簡單地鍺/碳復合負極材料的制備方法，以及使用該方法制備的穩定性優異的鍺/碳復合負極材料。

根據本發明的第一方面，本發明提供一種鍺/碳復合負極材料的制備方法，包括：將二氧化鍺與聚乙烯吡咯烷酮球磨混合后，在含氬氣的氫氣氣氛中退火，得到所述鍺/碳復合負極材料。

作為本發明的優選方案，上述二氧化鍺與聚乙烯吡咯烷酮的重量比為2:1～1:2。

作為本發明的優選方案，上述球磨混合的時間為1～6小時，優選為1～4小時。

作為本發明的優選方案，上述含氬氣的氫氣氣氛為5％Ar/H₂氣氛。

作為本發明的優選方案，上述退火的溫度為400～800℃。

作為本發明的優選方案，上述退火的時間為1-6小時。

作為本發明的優選方案，上述聚乙烯吡咯烷酮選自PVP-K10、PVP-K20和PVP-K30中的一種或至少兩種的組合。

作為本發明的優選方案，上述鍺/碳復合負極材料中鍺的含量為37wt％～68wt％。

作為本發明的優選方案，上述鍺/碳復合負極材料中碳與氮的含量比為8:1～21:1。

根據本發明的第二方面，本發明提供一種根據第一方面的方法制備的鍺/碳復合負極材料。

本發明基于聚乙烯吡咯烷酮高溫熱解成氮摻雜碳以及二氧化鍺在氫氣中還原的原理，采用二氧化鍺與聚乙烯吡咯烷酮為原料，球磨混合，然后在含氬氣的氫氣氣氛中退火，即得到本發明的鍺/碳復合負極材料。該方法制備的鍺/碳復合負極材料具有導電性好的特點，作為鋰離子電池負極材料具有循環穩定性好、倍率容量高的特點。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的鍺/碳復合負極材料的透射電鏡照片。

圖2為本發明實施例1制備的鍺/碳復合負極材料的首次放電/充電容量曲線圖，其中Voltage表示充、放電電壓，Special?capacity表示比容量。

圖3為本發明實施例1制備的鍺/碳復合負極材料的充電循環性能曲線圖，其中Special?capacity表示比容量，Cycling?number表示循環數，charge表示充電，discharge表示放電。

圖4為本發明實施例1制備的鍺/碳復合負極材料的倍率充電性能曲線圖，其中Special?capacity表示比容量，Cycle?number表示循環數，charge表示充電，discharge表示放電。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

本發明中述及鍺/碳復合負極材料、鍺/碳復合材料或鍺納米晶/碳復合材料，意指相同的概念，即均是鍺納米晶包覆于碳材料層內的復合材料，可作為鋰離子電池負極材料使用。

本發明最關鍵的構思之一在于：采用二氧化鍺與聚乙烯吡咯烷酮球磨混合，然后在含氬氣的氫氣氣氛中退火，得到鍺/碳復合負極材料。

本發明進一步的構思在于：通過控制二氧化鍺與聚乙烯吡咯烷酮的用量、退火溫度以及退火時間得到導電性好的鍺/碳復合負極材料。該鍺/碳復合負極材料的特點在于，碳層內均勻地包覆鍺納米晶，并且鍺納米晶的粒徑分布均勻。因此，作為鋰離子電池負極材料具有循環穩定性好、倍率容量高的特點。

本發明一個詳細實施方案說明如下：

一種鍺/碳復合負極材料的制備方法，包括：將二氧化鍺與聚乙烯吡咯烷酮球磨混合后，在含氬氣的氫氣氣氛中退火，得到鍺/碳復合負極材料。