[发明专利]一种碳纳米管-碳纳米片-锗复合负极材料及其制备方法、应用

权利要求书

1.一种碳纳米管-碳纳米片-锗复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将有机酸钠盐进行球磨，在惰性气氛下进行热处理，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到三维多孔碳纳米片粉末；

S2：将所述三维多孔碳纳米片粉末分散在含表面活性剂的水溶液中，得到混合液；将氧化锗溶解在碱性水溶液中，调节至中性，加入到所述混合液中，超声搅拌分散，再加入硼氢化物水溶液，水浴恒温搅拌，将所得产物洗涤、过滤、干燥，得到锗前驱体复合碳纳米片粉末；

S3：将所述锗前驱体复合碳纳米片粉末与三聚氰胺、矿物油混合，然后加入钴盐溶液，研磨或球磨混匀形成泥状混合物，在惰性气氛下进行碳化处理，得到碳纳米管-碳纳米片-锗复合负极材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述有机酸钠盐为柠檬酸钠、抗坏血酸钠、琥珀酸钠和葡萄糖酸钠中的至少一种；所述惰性气氛为Ar气、N₂气、Ar/H₂混合气中的一种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述球磨的转速为100～500r/min，时间为1～12h；所述热处理的温度为500～1000℃，时间为0.5～12h。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述含表面活性剂的水溶液中表面活性剂的质量分数为0.01～1％；所述表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；

所述碱性水溶液为氢氧化钠水溶液或者氢氧化钾水溶液；所述碱性水溶液中氢氧化钠或者氢氧化钾的浓度为0.5～3mol/L。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，将氧化锗溶解在碱性水溶液中形成的溶液中氧化锗的浓度为0.01～0.2mol/L；所述三维多孔碳纳米片粉末与氧化锗的质量比为(0.5～5):12；

所述硼氢化物水溶液中硼氢化物的浓度为1～5mol/L，所述硼氢化物为硼氢化钠或者硼氢化钾；所述硼氢化物与氧化锗的摩尔比为(2～5):1。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述水浴恒温搅拌的温度为40～80℃，时间为1～12h。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述锗前驱体复合碳纳米片粉末与矿物油的质量比为(0.02～0.2):1；所述锗前驱体复合碳纳米片粉末与三聚氰胺的质量比为(0.1～0.5):1；所述钴盐溶液中钴盐与三聚氰胺的摩尔比为(0.01～0.06):1；

所述矿物油为石蜡油、煤油、柴油、润滑油和液态沥青中的至少一种；所述钴盐溶液中钴盐为硝酸钴、氯化钴、醋酸钴和硫酸钴中的一种；所述钴盐溶液中的溶剂为乙醇；

所述惰性气氛为Ar气、N₂气、Ar/H₂混合气中的一种。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述碳化处理的温度为500～800℃，时间为1～6h。

9.一种碳纳米管-碳纳米片-锗复合负极材料，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到；所述碳纳米管-碳纳米片-锗复合负极材料由纳米锗、碳纳米片和碳纳米管组成，呈三维网络多孔结构；纳米锗和碳纳米管均原位生长在碳纳米片三维孔隙结构之中。

10.一种碳纳米管-碳纳米片-锗复合负极材料的应用，其特征在于，将权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的碳纳米管-碳纳米片-锗复合负极材料或者权利要求9所述碳纳米管-碳纳米片-锗复合负极材料用作锂离子电池负极。