负极材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池材料，具体涉及二次电池的负极及其制备方法。

背景技术：

1、碱离子电池因具有能量密度高、循环寿命长且无记忆效应等优点而被认为是最理想的储能元件。负极是碱离子电池的关键部件之一。二次电池的负极材料主要有碳类负极、合金类负极、过渡金属氧化物/硫族化物等几种。碳类负极的导电性较好但容量较低；合金类负极材料的存储容量较高，电压平台也较高，但是体积变化较大，循环性能较差；过渡金属化合物具有种类多样、电化学容量优异等优势，但有严重的电压滞后现象。科研工作者也一直致力于研究循环性能和倍率性能优异的负极材料。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供优异的长循环性能和倍率性能的负极材料ges2@合金@c负极材料及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明提供以下具体的技术方案。

3、一种ges2@合金@c负极材料，包括内外两层结构，内层为复合碳的合金材料，外层为ges2。

4、在进一步的优选方案中，所述ges2和复合碳的合金材料的摩尔比为3~10：100。

5、在进一步的优选方案中，所述合金材料由sb、sn、bi、zn中的至少两种组成。

6、在进一步的优选方案中，所述复合碳的合金材料中碳的质量百分比为5-8%。

7、基于同样的发明构思，本发明提供上述ges2@合金@c负极材料的制备方法，包括以下步骤：

8、将sb、sn、bi、zn中的至少两种金属的可溶性盐、有机络合剂溶于去离子水或有机溶剂中，进行水热反应或溶剂热反应；反应结束后洗涤产物，得到合金有机框架材料；

9、高温裂解合金有机框架材料，得到复合碳的合金材料；

10、在煅烧炉中通入氮气或惰性气体排空空气，然后将复合碳的合金材料放在煅烧炉的下风口处、将ges2放在煅烧炉的上风口处，煅烧，得到ges2@合金@c负极材料。

11、在进一步的优选方案中，所述可溶性盐为硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐、氯化盐中的至少一种。

12、在进一步的优选方案中，所述有机络合剂为反丁烯二酸、2-甲基咪唑、均苯三甲酸、间苯二甲酸、谷氨酸中的至少一种。

13、在进一步的优选方案中，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

14、在进一步的优选方案中，所述至少两种金属的可溶性盐与有机络合剂的摩尔比为1：5~10。

15、在进一步的优选方案中，所述至少两种金属的可溶性盐和有机络合剂在去离子水或有机溶剂中的总浓度为0.1~2mol/l。

16、在进一步的优选方案中，所述水热反应或溶剂热反应的温度为120~180℃，水热反应或溶剂热反应的时间为10~20h。

17、在进一步的优选方案中，所述高温裂解的气氛为氩气或氮气气氛；所述高温裂解的温度为500~700℃，时间为2~5h。

18、在进一步的优选方案中，所述煅烧温度为700~800℃，煅烧时间为1~2h。

19、此外，本发明提供一种电池，包括上述负极材料。

20、本发明具有以下明显的有益效果：

21、本发明通过在复合碳的合金材料表面升华复合ges2，得到的负极材料组装得到的电池的循环性能和倍率性能更加优异。

22、本发明巧妙的在煅烧炉的上下气流位置分别放置ges2和复合碳的合金材料，可充分利用现有设备实现本发明的目的，大大缓解了新工艺对设备的压力。

23、本发明的制备方法工艺简单、可靠、重复性高，且能耗低。

24、本发明将碳、合金、ges2巧妙的复合在一起，为碱金属电池负极材料的创新和开发开拓了新思路。

技术特征：

1.一种ges2@合金@c负极材料，其特征在于，包括内外两层结构，内层为复合碳的合金材料，外层为ges2；所述合金材料由sb、sn、bi、zn中的至少两种组成。

2.如权利要求1所述的ges2@合金@c负极材料，其特征在于，所述ges2和复合碳的合金材料的摩尔比为3~10：100；所述复合碳的合金材料中碳的质量百分比为5-8%。

3.如权利要求1或2所述的ges2@合金@c负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的ges2@合金@c负极材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性盐为硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐、氯化盐中的至少一种；所述有机络合剂为反丁烯二酸、2-甲基咪唑、均苯三甲酸、间苯二甲酸、谷氨酸中的至少一种；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

5.如权利要求3或4所述的ges2@合金@c负极材料的制备方法，其特征在于，所述至少两种金属的可溶性盐与有机络合剂的摩尔比为1：5~10；所述至少两种金属的可溶性盐和有机络合剂在去离子水或有机溶剂中的总浓度为0.1~2mol/l。

6.如权利要求3所述的ges2@合金@c负极材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应或溶剂热反应的温度为120~180℃。

7.如权利要求3所述的ges2@合金@c负极材料的制备方法，其特征在于，

8.如权利要求3所述的ges2@合金@c负极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为700~800℃。

9.一种电池，其特征在于，包括权利要求1或2所述的ges2@合金@c负极材料或权利要求3-8任一项所述的制备方法制备得到的ges2@合金@c负极材料。

技术总结
本发明属于电池材料技术领域。本发明首先公开了GeS<subgt;2</subgt;@合金@C负极材料，包括内外两层结构，内层为复合碳的合金材料，外层为GeS<subgt;2</subgt;。其次，公开上述负极材料的制备方法，先得到合金有机框架材料，然后高温裂解合金有机框架材料得到复合碳的合金材料，再在复合碳的合金材料表面复合GeS<subgt;2</subgt;层。本发明提供的负极材料组装得到的电池的循环性能和倍率性能更加优异。

技术研发人员：徐宝和,程磊,邓鹏,丁瑶,冯建慧,吴斌
受保护的技术使用者：帕瓦（长沙）新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14