一种锗酸锌材料的制备方法及应用

本发明涉及锂离子电池材料，具体为一种锗酸锌材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、随着科技的发展和环境的变化，人们日常生活中对能源和环保的需求越来越高。传统的化石能源在使用过程中会产生大量的碳排放，对环境十分不友好，而太阳能、风能、潮汐能等能源技术有着时间、地理等因素的制约。因此，锂离子电池技术作为一种质量轻、无记忆效应、能量密度高、对环境友好的二次电池(可充电)，吸引大量研究人员的目光。自从在上世纪九十年代成功商业化之后得到了广泛应用，例如智能手机、笔记本电脑、电动汽车等。而传统的商业锂离子电池负极材料为石墨，其理论比容量只有372mah g-1，极大的限制了该技术的发展和应用，因此，开发出一种新型的高能量密度锂离子电池负极材料是锂离子电池技术发展和应用的关键。

2、目前，越来越多的研究人员专注于研究锗酸盐及其氧化物在锂离子电池负极中的应用，华北电力大学的song(adv.funct.mater.2015,25,6858–6866)研究小组研究了一种层状负载c3n4的纳米zn2geo4颗粒结构的材料，该材料具有协同作用，在140次循环后其可逆比容量仍可达到1370mah g-1。cao(acs appl.mater.interfaces 2016,8,1388-1397)的研究小组开发了一种锗酸锌纳米纤维网络，该网络通过静电纺丝具有连续的、互穿的多孔结构。该材料具有高比容量、稳定的循环性能和优异的倍率性能。这是因为多孔促进了电解质的扩散并缩短了锂离子的传输路径。yan(acs appl mater interfaces,2016:31722-31728.)的研究小组通过重结晶合成了锗酸锌纳米线，在电流密度为0.2a g-1的条件下进行130次循环后，可逆比容量仍稳定在1075.6mah g-1，并具有良好的放大性能。

3、申请号为cn2012105532960a的专利申请公开了一种锗酸锌材料纳米线的制备方法，但是其材料制备需要较高的温度，对能量消耗较高，制备程序较为复杂，成本较高，不利于大规模的商业制造。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种锗酸锌材料的制备方法及应用，解决了现有的材料制备需要较高的温度，对能量消耗较高，制备程序较为复杂，成本较高，不利于大规模的商业制造的问题。

3、技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种锗酸锌材料的制备方法及应用，包括以下操作步骤：

5、s1：将醋酸锌与氧化锗溶解到去离子水和乙二胺中，将两种溶液分别搅拌30分钟至完全溶解，然后将两种溶液混合搅拌15分钟；

6、s2：将s1)中所得到的乳白色溶液转移到不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜放入烘箱加热一段时间，然后冷却至室温；

7、s3：将s2)中所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤后，进行离心过滤，过滤后进行真空干燥；

8、s4：将s3)中真空干燥后得到的产物置于氩气气氛下高温煅烧一段时间，即可得到产物锗酸锌纳米线。

9、优选地，所述s1)中醋酸锌，其分子式为zn(ac)2·2h2o，与去离子水的摩尔比为1.5:1-2.5:1。

10、优选地，所述s1)中氧化锗，其分子式为geo2，与乙二胺的摩尔比为1.5:1-3:1。

11、优选地，所述s2)中不锈钢反应釜放入烘箱加热至120-180℃，恒温反应时间为3-36小时。

12、优选地，所述s4)中将真空干燥后的产物置于氩气气氛下500-800℃高温煅烧，煅烧时间为3-9小时。

13、优选地，煅烧温度为650℃时纳米线形貌最完整，温度过低时反应不充分，温度高于650℃时纳米线有团聚的情况。

14、本发明提供的一种锗酸锌纳米线材料。

15、优选地，该材料的充电平台在1.0-1.2v附近，当电流密度为100ma g-1时，经过150圈充放电循环之后其可逆比容量稳定在1190mah g-1，其阻抗小，锂离子扩散系数大；当电流密度为2000ma g-1时，充放电比容量依然能稳定在600mah g-1左右，当电流密度回到100mag-1时，其充放电比容量能再次回到1000mah g-1左右，倍率性能理想。

16、本发明提供的一种锗酸锌纳米线材料的在锂电子电池负极中的应用。

17、有益效果

18、本发明具有以下有益效果：

19、(1)、该锗酸锌材料的制备方法及应用，采用混合溶剂热结合高温煅烧的方法合成了锗酸锌纳米线，本方法所使用的原材料成本低，方法操作简单，反应条件较为温和，产物的纯度高、结晶性好、形貌均一，其晶胞参数与标准图谱pdf#11-0687一致。

20、(2)、该锗酸锌材料的制备方法及应用，本发明中的乙二胺起到溶剂和模板剂的双重作用，有利于反应体系中离子进行自组装，生成锗酸锌纳米线结构。

21、(3)、该锗酸锌材料的制备方法及应用，本发明合成的锗酸锌纳米线有良好的电化学性能，该材料的充电平台在1.0-1.2v附近，当电流密度为100ma g-1时，经过150圈充放电循环之后其可逆比容量稳定在1190mah g-1，其阻抗小，锂离子扩散系数大。当电流密度为2000ma g-1时，充放电比容量依然能稳定在600mah g-1左右，当电流密度回到100ma g-1时，其充放电比容量能再次回到1000mah g-1左右，倍率性能理想。

22、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种锗酸锌材料的制备方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

2.根据权利要求1所述的一种锗酸锌材料的制备方法，其特征在于：所述s1)中醋酸锌，其分子式为zn(ac)2·2h2o，与去离子水的摩尔比为1.5:1-2.5:1。

3.根据权利要求1所述的一种锗酸锌材料的制备方法，其特征在于：所述s1)中氧化锗，其分子式为geo2，与乙二胺的摩尔比为1.5:1-3:1。

4.根据权利要求1所述的一种锗酸锌材料的制备方法，其特征在于：所述s2)中不锈钢反应釜放入烘箱加热至120-180℃，恒温反应时间为3-36小时。

5.根据权利要求1所述的一种锗酸锌材料的制备方法，其特征在于：所述s4)中将真空干燥后的产物置于氩气气氛下500-800℃高温煅烧，煅烧时间为3-9小时。

6.根据权利要求5所述的一种锗酸锌材料的制备方法，其特征在于：煅烧温度为650℃时纳米线形貌最完整，温度过低时反应不充分，温度高于650℃时纳米线有团聚的情况。

7.权利要求1-6中任意一项所述的方法中制备出的锗酸锌纳米线材料。

8.根据权利要求7所述的锗酸锌纳米线材料，其特征在于：该材料的充电平台在1.0-1.2v附近，当电流密度为100mag-1时，经过150圈充放电循环之后其可逆比容量稳定在1190mah g-1，其阻抗小，锂离子扩散系数大；当电流密度为2000mag-1时，充放电比容量依然能稳定在600mah g-1左右，当电流密度回到100mag-1时，其充放电比容量能再次回到1000mah g-1左右，倍率性能理想。

9.权利要求8所述的锗酸锌纳米线材料的在锂电子电池负极中的应用。

技术总结本发明公开了一种锗酸锌材料的制备方法及应用，涉及锂离子电池材料技术领域。该锗酸锌材料的制备方法，包括以下操作步骤：将醋酸锌与氧化锗溶解到去离子水和乙二胺中，将两种溶液混合搅拌15分钟，将所得到的乳白色溶液转移到不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜放入烘箱加热一段时间，然后冷却至室温，将所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤后，进行离心过滤，过滤后进行真空干燥，然后置于氩气气氛下高温煅烧一段时间，即可得到产物锗酸锌纳米线。本发明采用混合溶剂热结合高温煅烧的方法合成了锗酸锌纳米线，本方法所使用的原材料成本低，方法操作简单，反应条件较为温和，产物的纯度高、结晶性好、形貌均一。技术研发人员：陈骁,郭秋泉,杨军受保护的技术使用者：电子科技大学（深圳）高等研究院技术研发日：技术公布日：2024/11/14