[发明专利]锗酸锌纳米材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本申请公开了一种锗酸锌纳米材料及其制备方法、锂离子电池，该锗酸锌纳米材料的制备方法包括如下步骤：将氢氧化钠加入到乙二醇中配制成强碱溶液；在强碱溶液中加入一定比例的锗源化合物、锌源化合物和非离子表面活性剂制备得到混合溶液；将混合溶液置于水浴环境中搅拌一段时间后得到锗酸锌溶液；将锗酸锌溶液转移至反应釜中进行水热反应，反应完成后冷却至室温取出产物，产物经洗涤、干燥后即制备得到锗酸锌纳米材料。本申请锗酸锌纳米材料的微观形貌为小尺寸的纳米花结构，显著提升了倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锗酸锌纳米材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高，自放电低和绿色环保等优点，已经广泛应用于消费电子产品和电动车等领域。然而，传统的石墨负极材料受限于较低的理论比容量，难以满足人们日益增长的生活需要。因此，开发新型高容量负极材料的研究工作迫在眉睫。

在众多材料当中，锗酸锌材料具有较高的理论容量(1450mAh/g)和优异的电化学性能，成为了我们研究的重点。然而，锗酸锌在充放电循环时体积变化较大(～300％)，容易导致活性材料粉化并从集流体上脱落。同时，较低的电子电导率和离子电导率也制约着该材料的发展和大规模应用。

发明内容

本申请的主要目的是提供一种具有优良的循环性能和倍率性能的锗酸锌纳米材料及其制备方法。

进一步地，提供一种使用了上述锗酸锌纳米材料的锂离子电池。

本申请所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

本申请的第一方面，提供了锗酸锌纳米材料，所述锗酸锌纳米材料的形貌为纳米花结构，所述纳米花结构的直径为200-400nm，厚度为3-8nm。

进一步地，所述纳米花结构由若干纳米棒交叉形成。

本申请的第二方面，提供了上述锗酸锌纳米材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1：将氢氧化钠加入到乙二醇中配制成强碱溶液；

S2：在上述强碱溶液中加入一定比例的锗源化合物、锌源化合物和非离子表面活性剂制备得到混合溶液；

S3：将上述混合溶液置于水浴环境中搅拌一段时间后得到锗酸锌溶液；

S4：将上述锗酸锌溶液转移至反应釜中进行水热反应，反应完成后冷却至室温取出产物，产物经洗涤、干燥后即制备得到锗酸锌纳米材料。

进一步地，所述氢氧化钠的浓度为15-40mg/mL。

进一步地，所述锗源化合物为二氧化锗，所述锌源化合物为二水合乙酸锌。

进一步地，所述二氧化锗在混合溶液中的浓度为0.03-0.15mol/L，所述二水合乙酸锌在混合溶液中的浓度为0.06-0.3mol/L。

进一步地，所述二氧化锗与二水合乙酸锌在混合溶液中的摩尔浓度之比为1:2。

进一步地，所述非离子表面活性剂为聚乙二醇和乙酸钠，所述聚乙二醇在混合溶液中的浓度为14.5-35mg/mL，所述乙酸钠在混合溶液中的浓度为45-70mg/mL。

进一步地，在步骤S3中，水浴温度为50-90℃，搅拌时间为40-120min。

进一步地，在步骤S4中，所述水热反应的温度为160-200℃，反应时间为18-30h。

相应地，一种锂离子电池，其包括正极和负极，所述负极包括上述锗酸锌纳米材料或者上述锗酸锌纳米材料的制备方法制得的锗酸锌纳米材料。

本申请具有如下有益效果：