一种锂离子电池多孔负极材料的制备方法和应用

摘要

一种锂离子电池多孔负极材料的制备方法，前驱体合金中锗和锡以等原子比进行设计，提供并控制前驱体成分比例和脱合金工艺参数，制得由多孔锗骨架和多孔锡骨架缠结在一起组成的多孔双骨架负极材料。本发明的优点是：该锂离子电池负极材料是一种双骨架纳米多孔材料，孔隙率高、孔间距小、缩短了锂离子的扩散距离，极大缓解了负极材料在循环过程中的体积膨胀问题，提高了电池的倍率性能和循环稳定性；该负极材料在循环过程中对电池性能起到了协同贡献作用，降低了单独用锗造成的高昂成本，同时电池在高容量区保持性能稳定；本发明工艺简单，在常温下即可进行，不需复杂设备，总体生产周期短、产量大。

主权项

一种锂离子电池多孔负极材料的制备方法，其特征在于前驱体合金中锗和锡以等原子比进行设计，提供并控制前驱体成分比例和脱合金工艺参数，制得由多孔锗骨架和多孔锡骨架缠结在一起组成的多孔双骨架负极材料，其制备方法，步骤如下：1)Ge‑Sn‑Al合金锭的制备依据目标合金成分Ge_xSn_xAl_100‑2x的原子比，式中10≤x≤15,以纯度为99.99％的锗块、纯度99.99％的锡块、纯度99.99％的铝块为原材料进行备料，备料时原料备量分别乘以一修正系数，以削减合金熔炼时的烧损引起的成分偏差。根据发明人大量实验得到的烧损检测结果，修正系数分别为锗1.01、锡1.16、铝1.05，将称量好的原材料采用电弧熔炼法熔炼，材料装炉后真空度抽至2.5×10^‑3Pa，通入纯度99.999％的氩气至‑0.05MPa，开始起弧熔炼，熔炼过程中一半质量的铝与全部质量的锗进行单独熔炼，另一半质量的铝与全部质量的锡进行单独熔炼，熔炼过程均采用电磁搅拌方式促进材料熔炼均匀，待两组合金熔炼完毕后，再合并入一个坩埚完成最终的熔炼，熔炼过程中开启电磁搅拌功能，反复熔炼2次以保证材料炼制均匀，材料随水冷坩埚冷却后，得到炼制好的Ge‑Sn‑Al合金锭；2)Ge‑Sn‑Al前驱体合金条带的制备将上述制得的Ge‑Sn‑Al合金锭置于石英管中进行感应熔炼，石英管管口直径0.86mm，腔室真空度6.5×10^‑4Pa，铜辊转速3450转/分钟，石英管管口距铜辊距离1.6mm，吹铸压力0.08MPa，将熔融的Ge‑Sn‑Al合金吹铸成合金条带，制得条带的宽度为2.1mm，厚度为23μm，作为脱合金前驱体材料；3)纳米多孔双骨架负极材料的制备将上述制得的脱合金前驱体条带置于浓度4.5wt％、温度65℃的盐酸溶液中，自由腐蚀12‑16h，将反应产物用滤纸分离，接着用去离子水清洗2次，除去样品表面残留的氯离子，用离心机将固液材料分离，然后将产物在真空干燥箱中于60℃烘干后，将真空度设置为‑0.1MPa，温度设置为25℃，最后将制得的纳米多孔双骨架负极材料于干燥箱中留存备用。