【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源材料，具体涉及一种分级多孔合金负极材料制备方法及应用。
技术介绍
1、目前，锂离子电池由于具有高容量、长循环寿命、低自放电率以及无记忆效应等优点，成为当前最先进的二次化学储能设备之一。但是，随着便携式电子产品和电动汽车的迅猛发展，人们对锂离子电池的循环寿命、能量/功率密度提出了更高的要求。所以，目前具有较低理论容量的商用化负极石墨(372mah g-1)已无法满足于下一代电池的发展需要。合金负极材料因其理论比容量高、工作电压适中、地球丰度高、环境友好等优点，有望成为下一代高能量密度电池理想的负极材料。然而，合金负极材料仍存在一些问题，例如：体积膨胀大，界面不稳定，振实密度和首次库仑效率低等。
2、为了解决合金型负极存在的问题，研究者从合金材料成分调控，界面优化和结构设计等方面出发取得了一定的成果。在结构设计方面，一般是通过将材料纳米化以减轻体积变化产生的应力，如文献“ge nanoparticles uniformlyimmobilized on 3dinterconnected porous graphene frameworks as anodes for high-performancelithium-ionbatteries”(journal ofenergy chemistry,2022,69:161-173)利用模板辅助原位还原方法，成功地将ge纳米颗粒均匀锚定在三维互联多孔石墨烯(3dpg)骨架上，获得了ge/3dpg锂离子电池复合负极材料。得益于锗纳米颗粒和三维多孔石墨烯之间的协同作
3、然而，上述现有技术经过试验表明，得到的复合材料都无法兼顾性能优点，存在一定的局限性，且只针对单一金属，并没有很好的普适性。
技术实现思路
1、本专利技术针对合金型负极锂化过程中体积膨胀大、振实密度和首次库伦效率低等问题，提出了微米和纳米尺寸结合的分级多孔结构设计策略。以镁粉和金属氧化物为原料，通过合金化预处理和进一步氮化去合金化实现造孔，最终得到由相互连接的纳米韧带和双连续纳米孔组成的三维分级多孔合金材料。该材料同时具备微纳结构特性，实现了高容量、高功率的锂离子电池负极材料的制备，具有较高的商业化应用潜力。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术提供了一种分级多孔合金负极材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：
4、步骤1)：将金属氧化物(如geo2,sb2o3,bi2o3等)和镁粉以一定的摩尔比充分混合均匀；
5、步骤2)：将步骤1中混合均匀的粉末置于合金反应罐中，然后将其放入氩气气氛管式炉中，以一定速率升温，温度范围为500-700℃，保温时间为3-9h，保温结束后随炉冷却取出；
6、步骤3)：将步骤2反应后的所得产物用研钵研磨成粉末，放入坩埚中，然后将其放入管式炉中，在氨气气氛下，以一定速率升温到700-900℃，反应时间为1-3h，冷却至室温后取出；
7、步骤4)：取一定浓度的盐酸，向其中通入ar以排出酸内溶解的氧气，将步骤3得到的复合材料放入盛有除氧后hcl的烧杯中，在水浴的环境下搅拌酸洗一定时间除去氮化镁和氧化镁；
8、步骤5)：将步骤4酸洗好的样品通过真空抽滤，并用去离子水清洗直到ph呈中性，最后将样品冷冻干燥，得到最终的多孔合金负极材料。
9、进一步地，步骤1)中金属氧化物粉末的粒径为3-10μm，镁粉尺寸优选为300目，氧化锗和镁粉摩尔比优选为1:4。
10、进一步地，步骤2)中合金化温度为500-700℃，保温时间为3-9h，进一步优选为以10℃/min升温至650℃保温6h，使镁热反应充分进行。
11、进一步地，步骤3)中首先排完石英管里的空气后通入含氮气体进行产物的氮化反应。氮化温度为700-900℃，保温1-3h，进一步优选为在氨气气氛中，升温至750℃保温3h进行氮化反应。
12、进一步地，步骤4)中酸洗所用除氧盐酸溶液的浓度为1-3mol/l，酸洗时间为6-9h，进一步优选为利用1mol/l的盐酸，酸洗6h，以确保氮化镁和氧化镁的完全除去，且最终样品不被氧化。
13、进一步地，步骤5)中进行抽滤时，去离子水洗涤次数为3次，最终滤液ph呈中性。
14、本专利技术还公开一种制备分级多孔合金负极材料的方法。
15、本专利技术还公开一种锂离子电池，其特征为：所述锂离子电池负极采用上述方法制备分级多孔锗作为负极材料。
16、有益效果：
17、1.本专利技术制备分级多孔合金负极材料，利用镁粉和金属氧化物为原料，实验方法简单可行，原本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分级多孔合金负极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中金属氧化物粉末的粒径为3-10μm，镁粉尺寸为300目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中氧化锗和镁粉的摩尔比为1：4。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2升温速率为5-10℃/min，温度为650℃保温6h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中首先排完石英管里的空气后通入含氮气体进行产物的氮化反应。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中反应温度为750℃保温3h，升温速率为5℃/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4中除氧盐酸溶液的浓度为1-3mol/L，酸洗时间为6-9h，除氧为保证在酸洗过程中产物不被氧化。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5中去离子体水清洗次数为3次。
9.一种分级多孔合金负极材料，其特征在于：采用
10.电极极片的制作方法，其特征为：将权利要求1-8任一所述的制备方法获得的分级多孔合金负极材料、导电炭黑、CMC按照质量比70:15:15称取并置于研钵中混合均匀，加入适量的超纯水溶剂，搅拌均匀制得浆料，均匀涂覆在Cu箔上，在真空干燥箱中干燥，裁剪成圆形负极极片，备用；在充满氩气气氛的双工位手套箱内进行扣式电池的组装，将组装的2032型扣式电池在恒电流测试系统上进行充放电测试，电压区间为0.01-2.0V。
...【技术特征摘要】
1.一种分级多孔合金负极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中金属氧化物粉末的粒径为3-10μm，镁粉尺寸为300目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中氧化锗和镁粉的摩尔比为1：4。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2升温速率为5-10℃/min，温度为650℃保温6h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中首先排完石英管里的空气后通入含氮气体进行产物的氮化反应。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中反应温度为750℃保温3h，升温速率为5℃/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4中除氧盐酸溶液的浓度为1-3mol/l，酸洗时间为6-9h，除氧为保证在...
【专利技术属性】
技术研发人员：高标，田佳贝，霍开富，郭思广，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：
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