[发明专利]一种锗掺杂类硅负极材料及制备方法和应用

权利要求书

1.一种锂离子电池，包括锗掺杂类硅负极材料，其特征为：所述负极制备方法包括如下步骤：

（1）制备Si：Ge为15:1，即Si₁₅Ge₁，将1g的硅粉和0.25g氧化锗充分混合；

（2）将1.828g 325目镁粉加入到步骤（1）中的混合粉末中，研磨0.5h，使三者充分接触，混合均匀；

（3）将步骤（2）中混合好的样品放入坩埚，然后放入管式炉，在氩气气氛的条件下，以5℃/min的升温速率升温到550℃保温4h；

（4）步骤（3）中反应好的样品用研钵磨成粉末，然后放入坩埚中，在管式炉中，氮气气氛下，以5℃/min升温速率升温到780℃，保温6h；

（5）取500ml的浓度为1M盐酸溶液，通入氩气鼓泡除氧一小时，将步骤（4）中的产物研磨成粉末，加入到除氧后盐酸溶液中，搅拌混合；

（6）将步骤（5）中的溶液放入60℃水浴锅中搅拌酸洗9h以除去氮化镁，洗好过后加入2%的氢氟酸，搅拌5分钟除去多余的氧化硅；

（7）将步骤（6）酸洗好的样品通过真空抽滤，并用去离子体水清洗3次，直到PH为中性，最后将样品冷冻干燥；

通过上述方法制备的锗掺杂类硅负极材料；

在XRD图中，在28.4^o、47.3^o、56.1^o、69.1^o、76.4^o和88.0^o分别对应硅JCPDS No. 27-1402的111、220、311、400、331和422晶面，在27.3^o、45.3^o、53.7^o和72.8^o分别对应锗JCPDS No.04-0545的111、220、311和331晶面酸洗掉氮化镁后无其他杂质；

制备的多孔硅孔径大小、分布均匀，多孔硅粒径在3μm， Ge元素按相连的骨架结构均匀分布在多孔硅骨架内部，酸洗除掉Mg₃N₂留下三维贯通的孔道，终得到的多孔硅锗由相连骨架构成并拥有三维贯穿的孔道，这种多孔硅的骨架结构分散锂化过程中的应力，维持电极高的电化学稳定性；三维贯通的孔道结构提供锂化过程中硅膨胀的内空间，导致自体积适应效应和低的电极膜溶胀；

硅锗负极材料具有多孔结构，且孔径分布较为均匀，多孔硅锗是由几十纳米的骨架组成，不同纳米粒子堆垛形成的多孔微米二次颗粒，骨架是相连的，锗是通过异质结构引入到硅内部的；

该多孔硅锗的首次放电容量能够达到3689 mAh/g，首次冲电容量为3393 mAh/g，首次库伦效率能够达到91.96 %，在1 A/g的电流密度下循环100圈，容量保持率保持90 %以上，且在后期的循环趋于稳定。