[發明專利]一種鋰離子電池負極材料GeOx/CNTs的制備方法

有效

• 申請號: 201710606614.8
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107579210B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 鄭俊超;孫楠;張寶;童匯;張佳峰;喻萬景
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 43205 長沙星耀專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 張慧;趙靜華

一種鋰離子電池負極材料GeO_x/CNTs的制備方法，包括以下步驟：（1）將二氧化鍺粉末與去離子水混合均勻；（2）在不斷攪拌下，滴加濃氨水溶液；（3）加入分散好的碳納米管，混合均勻；（4）將硼氫化鈉溶液滴入步驟（3）所得含有碳納米管的混合溶液中，溶液變為橙黃色；（5）將步驟（4）所得的溶液置于0?60℃恒溫水浴鍋中攪拌3?48h，得到紅棕色沉淀，過濾，得到鋰離子電池負極材料GeO_x/CNTs。按照本發明方法制備出的納米顆粒自組裝碳網結構鋰離子電池負極材料GeO_x/CNTs，用于組裝電池，能有效緩解材料的體積膨脹效應，具有高比容量、穩定的循環性能。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，具體涉及一種采用液相法制備自組裝碳網結構鋰離子電池負極材料GeO_x/CNTs的方法。

背景技術

目前，人們使用的能源主要來源于不可再生能源，即化石能源，而化石能源越來越少，面臨枯竭的巨大問題。同時化石能源燃燒產生的有害物質危害人們的身體健康和自然環境。太陽能、風能、朝夕能等可再生清潔能源成為未來代替化石燃料支撐人類社會進步發展的主要能源來源，而如何儲存這些能源成為整個能源領域發展過程中的重要環節。電池作為儲能設備得到了廣泛的關注，鋰離子電池以其高工作電壓、高比容量、無記憶效應、自放電小、循環壽命長、綠色環保等優勢得到重視，使其成為目前解決能源問題的理想之選。

鋰離子中負極材料的選擇對鋰離子電池整體性能的發揮起到至關重要的作用。而目前商業化的碳材料由于僅擁有372 mAh/g的比容量，很難有繼續提升的空間。

鍺作為與碳同第ⅣA族的元素，鍺類材料作為鋰離子電池負極材料表現出明顯的優勢。單質鍺及其氧化物GeO₂均可作為鋰離子電池負極材料，其理論比容量分別高達1600mAh/g 和1125 mAh/g，遠遠高于普通碳材料的3-4倍。與同周期的硅元素相比，其電子導電率是硅的100倍、離子導電率是硅的400倍。但鍺類材料與其他大多數金屬類負極材料一樣，在充放電過程中，會發生體積膨脹，造成材料結構的破裂及粉化，嚴重影響其性能發揮。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種比容量較高、離子導電性和電子導電率較高，體積效應較小，放電比容量較高，循環穩定性較好的鋰離子電池負極材料GeO_x/CNTs的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

一種鋰離子電池負極材料GeO_x/CNTs的制備方法，包括以下步驟：

（1）將二氧化鍺粉末與去離子水混合均勻（優選磁力攪拌），得到白色懸濁液；

（2）在不斷攪拌下，向步驟（1）所得白色懸濁液中滴加濃氨水溶液，得到均一透明的無色溶液；

所述濃氨水溶液的質量濃度為23%-28%。

進一步，步驟（2）中，濃氨水中所含氨的物質的量與步驟（1）中所用二氧化鍺粉末的物質的量之比為3-7:1（優選3.5-6.5:1）。

（3）向步驟（2）所得無色溶液中加入分散好的碳納米管，混合均勻（優選磁力攪拌），得到含有碳納米管的混合溶液；

（4）將硼氫化鈉溶液滴入步驟（3）所得含有碳納米管的混合溶液中，溶液變為橙黃色；

（5）將步驟（4）所得的溶液置于0-60℃恒溫水浴鍋中攪拌3-48h，得到紅棕色沉淀，過濾，得到鋰離子電池負極材料GeO_x/CNTs（CNTs是碳納米管的簡稱）。

進一步，步驟（1）中，二氧化鍺粉末與去離子水混合的質量之比為1:0.02-0.2（優選1:0.06-0.1）。