[發明專利]一種合金材料復合碳納米管及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910668813.0
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110380036B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 魏明燈;武俊秀
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明公開了一種新型合金材料復合碳納米管及其制備方法和應用。本發明首次通過以Co₅Ge₃合金納米材料作為催化劑原位生長碳納米管的方法合成Co₅Ge₃@CNT鋰離子電池負極材料，在2 A/g的電流密度下，循環500圈之后，比容量為890 mAh/g，與一般的鍺復合材料，具有更加優異的穩定性；為鍺基材料的開發應用提供了一種可行的方案。

技術領域

本發明屬于鋰電池電極材料技術領域，具體涉及一種新型合金材料復合碳納米管及其制備方法和應用。

背景技術

鍺基材料因具有較高的理論儲鋰容量而受到廣泛的關注，然而，由于價格昂貴，并且嵌脫鋰過程中伴隨著較大的體積膨脹，使得該材料在應用上受到了極大的限制。近期，有研究表明，復合碳材料可以有效地緩解材料在充放電過程中產生的體積膨脹，并且能有效地提高材料的導電性。同時，合金類材料也被認為是一種極具前景的儲能材料。

發明內容

本發明首次原位合成了碳納米管限域鈷化鍺納米合金復合材料，降低成本的同時顯著地提高了鍺基材料的導電性和循環穩定性；且碳納米管為竹節狀生長，每個節點處的鈷化鍺納米顆粒作為催化劑催化碳納米管的進一步生長，碳納米管不僅搭建了導電網絡，而且對鈷化鍺納米合金的生長起到了良好的限域作用。同時，因其良好的拉伸性能對鍺在嵌鋰過程中造成的體積膨脹具有極好的緩沖效果。鈷化鍺合金材料可以在保證容量的同時極大地降低經濟成本，此外，合金材料對提高導電性以及緩沖體積膨脹具有很好的效果。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種新型合金材料復合碳納米管的制備方法，包括以下步驟：將2 mmol CoNO₃·6H₂O 和1 mmol GeCl₄ 溶解于20 ml DMF 溶液中，4 mmol 2-甲基咪唑加入到上述溶液中常溫下攪拌20 min，將反應液轉移到50ml的聚四氟乙烯內襯中，投入160℃烘箱反應24h，將取出的反應產物用去離子水清洗數次之后將樣品烘干，接著在氫氬混合氣氛圍下700攝氏度煅燒2h。得到最終產物Co₅Ge₃@CNT。

上述新型合金材料復合碳納米管Co₅Ge₃@CNT在鋰電池中的應用，鋰電池組裝：按質量比樣品：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：15：15混合研磨后均勻地涂在銅網上做負極，參比電極和對電極均為金屬鋰，電解液為1M LiPF₆的EC+DMC+EMC (EC/DMC/EMC=1/1/1 v/v)溶液；所有組裝均在手套箱里進行。同時采用商業化的鍺單質作為對比，以同樣的方法進行鋰電池組裝。

本發明的優點：本發明首次通過以Co₅Ge₃合金納米材料作為催化劑原位生長碳納米管的方法合成Co₅Ge₃@CNT鋰離子電池負極材料，在2 A/g 的電流密度下，循環500圈之后，比容量為 890 mAh/g，與一般的鍺復合材料，具有更加優異的穩定性；為鍺基材料的開發應用提供了一種可行的方案。

附圖說明

圖1為本發明所合成的Co₅Ge₃@CNT的XRD譜圖；

圖2為本發明所合成的Co₅Ge₃@CNT 的透射電鏡圖；

圖3為本發明所合成的Co₅Ge₃@CNT 作為電極的電化學性能圖；

圖4為純的鍺單質電極作為電極的電化學性能圖。

具體實施方式

為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合具體實施方式對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。