本发明专利技术涉及一种碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料的制备方法，属于复合阳极材料技术领域。本发明专利技术采用一水葡萄糖和氨水对二氧化锗进行高温预处理得到反应产物C，采用柠檬酸对反应产物C进行球磨酸化处理，还原烧结得到预处理粉末D；采用一水葡萄糖对预处理粉末D进行高温处理得到前驱体粉末，前驱体粉末在保护性气体氛围中烧结，得到碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料。碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料作为锂离子电池的阳极材料，可减少锂离子传输距离和加速离子扩散的动力学过程，缓冲在充放电过程中引起的体积变化，提高电极材料的比容量和循环稳定性。提高电极材料的比容量和循环稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料的制备方法
[0001]本专利技术涉及一种碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料的制备方法，属于复合阳极材料
技术介绍
[0002]现在商业化的锂离子电池主要以石墨为负极材料，石墨的理论比容量为372mAh/g，石墨的能量密度及其理论容量极为有限，使得电池负极材料的循环稳定性能提升受到限制。
[0003]在锂离子电池的四大核心材料中，正极材料、负极材料、电解液及隔膜均在高性能高稳定的锂离子电池中扮演着关键作用。其中对稳定、高能量密度负极材料的设计可显著提升锂离子电池的循环稳定及比容量。因此，对高能量密度负极材料的开发已成为科学家及其各大研究机构的研究重点之一。根据和锂离子不同类型的反应，锂离子电池负极材料可分为嵌入型、转化型及合金化型等。当前商用的石墨负极正是属于嵌入型转化机制，在充放电过程中锂离子在石墨晶格层间嵌入/脱嵌限制了理论容量为372mAh/g，几乎没有在提升的空间。对新一代锂离子电池负极材料的开发已成为研究热点。
[0004]在第四主族元素中硅(4200mAh/g)和锗(1600mAh/g)具有较高的理论比容量，是下一代锂离子电池负极材料的候选者之一。与硅材料相比，锗具有较低的工作电压平台、较低的体积膨胀及其较高的扩散系数。因此锗基负极有望成为下一代高稳定，高容量的锂离子电池负极材料。锗基负极材料中(Ge、GeO、GeO
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和GeO2)在锂离子嵌入/脱嵌时反应可逆的情况下，GeO2的理论容量可高达2125mAh/g。二氧化锗作为一种转换型锗基负极材料，因具有很高的理论容量被研究者广泛关注，但是其在充放电过程中产生的体积膨胀导致容量衰减比较严重。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中二氧化锗基负极材料在充放电过程中产生的体积膨胀导致容量衰减比较严重的问题，本专利技术提供一种碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料的制备方法，即采用一水葡萄糖和氨水对二氧化锗进行高温预处理得到反应产物C，采用柠檬酸对反应产物C进行球磨酸化处理，还原烧结得到预处理粉末D；采用一水葡萄糖对预处理粉末D进行高温处理得到前驱体粉末，前驱体粉末在保护性气体氛围中烧结，得到碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料。碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料作为锂离子电池的阳极材料，可减少锂离子传输距离和加速离子扩散的动力学过程，缓冲在充放电过程中引起的体积变化，提高电极材料的比容量和循环稳定性。
[0006]一种碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料的制备方法，具体步骤如下：
[0007](1)将二氧化锗和一水葡萄糖加入到去离子水中混合均匀得到悬浮液A，在搅拌条件下滴加氨水使悬浮液A中粉末完全溶解得到溶液B，溶液B在温度150～220℃下反应15～30h，冷却至室温，固液分离，固体经去离子水和无水乙醇清洗，干燥得到反应产物C；
[0008](2)在反应产物C中加入柠檬酸，经球磨酸化反应后，静置，再置于还原性气氛中还原烧结，冷却得到预处理粉末D；
[0009](3)将预处理粉末D和一水葡萄糖加到去离子水中形成悬浮液E，悬浮液E在温度120～150℃下反应10～20h，固液分离，固体经去离子水和无水乙醇清洗，干燥得到前驱体粉末；
[0010](4)前驱体粉末在保护性气体氛围中烧结，冷却至室温，得到碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料。
[0011]所述步骤(1)中二氧化锗和一水葡萄糖的质量比为1:2～5，悬浮液A中二氧化锗浓度为1.5～5wt.％，氨水的浓度为0.5～5wt.％。
[0012]所述步骤(2)中柠檬酸的加入量为反应产物C的0.5～5wt.％，磨球与反应产物C的质量比为10～20:1，球磨速度为150～450r/min，球磨时间为0.5～3h，静置时间为4～24h，还原烧结温度为300～500℃、时间为0.5～10h。
[0013]所述步骤(2)中还原性气氛为氢气和氩气的混合气体，氢气体积分数占4～6％。
[0014]所述步骤(3)中预处理粉末D和一水葡萄糖的质量比为1:2～5，悬浮液E中预处理粉末D的浓度为1.0～10wt.％。
[0015]所述步骤(4)中保护性气体为N2或Ar，烧结温度为650～900℃、时间为1～6h。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017](1)本专利技术以商业二氧化锗为原料，用氨水调节溶液碱性，一水葡萄糖提供无定型碳源，采用二次水热法使碳均匀分散在非晶GeO
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球形颗粒表面得到碳包覆非晶GeO
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球形颗粒复合阳极材料，制备方法简单，价格成本低廉，污染性小，性能优异，重现性好；
[0018](2)本专利技术碳包覆非晶GeO
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球形颗粒复合阳极材料具有独特微米球结构和非晶特性，微纳米小球可以有效地促进电解液沿其径向方向的渗透，确保电解液和活性物质充分接触，并减少锂离子传输距离和加速离子扩散的动力学过程；
[0019](3)本专利技术碳包覆非晶GeO
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球形颗粒复合阳极材料的微米球结构可以缓冲在充放电过程中引起的体积变化，从而避免了电极粉化，保持了电极整体的完整性，增加反应的活性位点，从而提高电极材料的比容量和循环稳定性；
[0020](4)本专利技术碳包覆非晶GeO
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球形颗粒复合阳极在电流密度为100mA/g下充放电循环90次容量稳定在1746mA h/g，表现出优异的比容量和循环稳定性。
附图说明
[0021]图1为实施例1样品的XRD分析谱图；
[0022]图2为实施例1样品的扫描电子显微镜及其EDS谱图；
[0023]图3为实施例1样品的充放电曲线；
[0024]图4为实施例1样品的循环性能谱图；
[0025]图5为实施例2样品的XRD分析谱图；
[0026]图6为实施例2样品的扫描电子显微镜及其EDS谱图；
[0027]图7为实施例2样品的充放电曲线；
[0028]图8为实施例2样品的循环性能谱图；
[0029]图9为实施例3样品的扫描电子显微镜。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0031]实施例1：一种碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料的制备方法，具体步骤如下：
[0032](1)将6g市售二氧化锗(GeO2)和12g一水葡萄糖(C6H
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O6.H2O)加入到300mL去离子水中混合均匀得到悬浮液A，在搅拌条件下滴加6mL浓度为25wt.％的氨水使悬浮液A中粉末完全溶解得到澄清透明的溶液B，溶液B转移在高温高压反应釜中，在温度150℃下反应15h，冷却至室温，固液分离，固体经去离子水和无水乙醇分别清洗离心三次，在温度70℃下干燥24h得到反应产物C；
[0033](2)在反应产物C中加入本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)将二氧化锗和一水葡萄糖加入到去离子水中混合均匀得到悬浮液A，在搅拌条件下滴加氨水使悬浮液A中粉末完全溶解得到溶液B，溶液B在温度150～220℃下反应15～30h，冷却至室温，固液分离，固体经去离子水和无水乙醇清洗，干燥得到反应产物C；(2)在反应产物C中加入柠檬酸，经球磨酸化反应后，静置，再置于还原性气氛中还原烧结，冷却得到预处理粉末D；(3)将预处理粉末D和一水葡萄糖加到去离子水中形成悬浮液E，悬浮液E在温度120～150℃下反应10～20h，固液分离，固体经去离子水和无水乙醇清洗，干燥得到前驱体粉末；(4)前驱体粉末在保护性气体氛围中烧结，冷却至室温，得到碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料。2.根据权利要求1所述碳包覆非晶微米GeOx球形颗粒复合阳极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中二氧化锗和一水葡萄糖的质量比为1:2～5，悬浮液A中二氧化锗浓度为2～5wt.％，氨水...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹肇麟，王官正，刘忠，李莉，王正，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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