[发明专利]一种锗包覆硅氧复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种锗包覆硅氧复合材料及其制备方法和应用。所述锗包覆硅氧复合材料的制备方法包括将氧化亚硅粉末采用聚合物表面活性剂进行改性得到表面改性氧化亚硅分散液，将二氧化锗溶于碱溶液后调整pH值至6～8，之后与表面改性氧化亚硅分散液混合均匀，所得悬浊液与还原剂混合均匀后进行水热还原反应，过滤，所得滤渣用水洗涤至洗出溶液呈中性后干燥，之后在还原型气氛中进行高温烧结，得到锗包覆硅氧复合材料。本发明以锗包覆硅氧复合材料为负极的锂离子电池与固态电池器件具有高倍率性能与高比容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锗包覆硅氧复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着便携式电子器件和电动汽车市场的迅速发展，储能领域对于锂离子电池的能量密度和倍率性能提出了更高的要求。然而，目前商业化的石墨负极容量已达到极限，选择理论容量更高的硅基负极材料对于提高锂离子电池能量密度具有显著意义。在众多硅基材料中，硅氧材料在体积变化率和循环稳定性上具有显著优势，在经过碳层包覆改性后更是可以实现长循环充放电下的高容量保持率，是公认的高性能锂离子电池负极材料。

碳包覆硅氧材料通过大量复合碳材料基质，缓冲硅基活性颗粒在脱嵌锂过程中的体积变化，从而实现了长循环稳定性。但硅基材料与碳质材料之间的比容量差距巨大（硅容量是碳容量的10倍），这导致了以碳包覆硅氧材料为负极材料的电池比容量较低。同时，由于碳包覆硅氧化合物的离子和电子导电率较低，在高倍率循环过程下容量保持率表现不佳，制约了硅氧材料的工业化应用。

与碳包覆相比，锗材料的锂离子扩散速率和导电性远远高于碳材料，并且理论容量较高，通过在硅氧材料中引入同族锗元素复合，所得复合材料可以在实现高比容量的前提下，提高电池倍率性能。此外，金属锗还具有较高的理论容量与较低的脱嵌锂平台，与硅复合将形成硅锗协同效应，能够降低硅锗材料在嵌锂过程中的体积膨胀带来的应力。然而，现有的锗硅复合制备技术难以实现包覆层均匀稳定，这样会导致最终所得锗硅复合材料的可逆比容量和倍率性能的提升幅度有限，仍然有待进一步提高。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种具有高可逆比容量和倍率性能的锗包覆硅氧复合材料。

本发明的第二目的在于提供一种锗包覆硅氧复合材料的制备方法。

本发明的第三目的在于提供由上述方法制备得到的锗包覆硅氧复合材料。

本发明的第四目的在于提供所述锗包覆硅氧复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。