(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111448769.6 (22)申请日 2021.12.02 (71)申请人 天津工业大学 地址 300387 天津市西青区精武镇宾水西 道399号 (72)发明人 张志佳　孙凯　宗皊硕　闫琳　 姜勇　 (51)Int.Cl. C22C 28/00(2006.01) C22C 21/00(2006.01) B22F 9/04(2006.01) B22F 1/142(2022.01) B22F 1/145(2022.01) C23F 1/44(2006.01) C22C 9/00(2006.01) C22C 9/01(2006.01)C22C 21/12(2006.01) H01M 4/46(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种多孔铜锗铝锂电负极材 料的制备方法 (57)摘要 本发明提供了一种多孔铜锗铝锂电负极电 极材料的制备方法， 包括如下步骤： (1)合金制 备： 制备铜锗铝合金， 所述铜锗铝合金中， 铜的原 子含量为20％ ‑80％， 锗的原子含量为80％ ‑ 20％， 铝的原子含量为0 ‑70％； 所述铜锗铝合金 被加工成20 ‑100μm厚的合金条带； (2)将步骤 (1)制备得到的铜锗铝合金利用研钵制备出粒径 为38.5μm的合金粉末； (3)将步骤(2)制 备得到 的合金粉末在弱酸性溶液脱合金化后进行清洗 干燥； (4)将步骤(3)制备得到的合金粉末进行热 处理， 得到多孔铜锗铝锂电极材料。 本发明所述 的一种多孔铜锗铝锂电负极材料的制备方法简 单、 价格低廉， 同时得到的多孔铜锗铝锂电负极 材料具有较高的比容 量以及优异的循环稳定性。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 114134382 A 2022.03.04 CN 114134382 A 1.一种多孔铜锗锂电极材 料的制备 方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： (1)合金制备： 制备铜锗铝合金， 所述铜锗铝合金中， 铜的原子含量为20％ ‑80％， 锗的 原子含量为80％ ‑20％， 铝的原子含量为0 ‑70％； 所述铜锗铝合金被加工成20 ‑100 μm厚的合 金条带； (2)将步骤(1)制备 得到的铜锗铝合金利用研钵制备 出粒径为38.5 μm的合金粉末； (3)将步骤(2)制备 得到的合金粉末在酸 性溶液脱合金化后进行清洗 干燥； (4)将步骤(3)制 备得到的合金粉末在300 ‑700℃进行热处理， 得到多孔铜锗铝锂电极 材料。 2.根据权利要求1所述的一种 多孔铜锗锂电极材料的制备方法， 其特征在于： 所述步骤 (1)中的合金制备方法为电磁感应熔炼炉在氩气气氛下进行合金熔炼， 随后通过调节甩带 机中铜辊的转速制备 出20‑100 μm的合金 条带。 3.根据权利要求1所述的一种 多孔铜锗铝锂电极材料的制备方法， 其特征在于： 所述步 骤(2)中的合金条带研磨包括以下步骤： 将合金条带放入研钵中研磨20min后， 再将粉末放 入400目的筛网进行 过筛。 4.根据权利要求1所述的一种 多孔铜锗铝锂电极材料的制备方法， 其特征在于： 所述步 骤(3)中的合金粉末脱合金处理包括以下步骤： 在温度为20 ‑60℃的条件下， 弱酸性溶液包 含于盐酸、 硫酸铵、 盐酸/氯化铁溶液等， 将合金粉末置于弱酸性溶液中进 行脱合金 处理， 脱 合金时间为0.5 ‑24h， 然后用去离子水反复冲洗3到5次， 用酒精冲洗1 ‑3次， 最后置于50℃的 鼓风干燥箱中干燥。 5.根据权利要求1所述的一种 多孔铜锗铝锂电负极材料的制备方法， 其特征在于： 所述 步骤(4)中的热处理工艺包括以下步骤： 将合金粉末 置于马弗炉中， 空气氛围下， 以5 ‑10℃/ min的升温速率升高至 300‑700℃， 热处 理时间为0.5 ‑5h后自然降温。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述制备 方法制得的多孔铜锗铝锂电负极材 料。 7.根据权利要求1 ‑5任一项所述制备方法制得的多孔铜锗铝锂电负极材料在锂离子电 池中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114134382 A 2一种多孔铜锗铝锂电负极材料的制备方 法 技术领域 [0001]本发明涉及锂离子负极材料制备的技术领域， 尤其是一种多孔铜锗铝锂电负极材 料的制备 方法。 背景技术 [0002]在日益发展的今天， 电子器件如电动汽车、 手机等通讯设备以及生活所需的电子 设备对电池续航、 充电速度等参数要求逐渐提高。 锂离子电池仍是目前可充电储能器件的 主流， 但是尽管经过多年的改进， 商用锂离子电池的倍率性能和循环性能仍然不能满足社 会发展的要求， 传统的石墨电极因其比容量低、 循环寿命短等缺点迫切需要开发具有更高 理论容量的新型阳极材料。 过渡金属由于其较高的理论比容量受到广泛的研究， 但是因为 过渡族金属在充放电过程中易膨胀和粉化的缺点， 使容量急剧下降， 所以其应用会受到限 制， 需要进一步优化来减少体积膨胀， 提高循环稳定性。 [0003]与合金型Si和Sn类似， Ge也具有较高的比容量(对于Ge5Li22， 为1625mA  h/g)。 而 且， 它具有快速的锂离子扩散性能(锂在锗中的扩散系数比在硅中高400倍)和优良的电子 导电性(比硅高104倍)， 成为锂离子电池负极材料的研究热点之一。 然而锗负极材料有致命 的缺点， 面临的主要问题在于制备过程复杂和循环过程因锂离子的嵌入和脱 出出现巨大的 体积膨胀(约300％)， 重复的体积波动会导致锗阳极与集电体之间发生严重的断裂和剥离， 并且不断形成S EI膜， 进而导致其循环稳定性差。 研究人员为解决Ge阳极的体积膨胀问题做 出了大量的努力， 例如构建各种纳米结构的Ge(如纳米线、 纳米管、 纳米棒)和Ge基纳米复合 材料。 为解决上述问题采用了IV族元素的脱合金化策略， 这种策略先利用合金熔炼后进行 化学腐蚀的方法， 将掺杂的合金元素脱合金化之后留下纳米类别的孔径， 这极大地缓解了 锂离子在嵌入和脱出时的体积膨胀， 并且极大 的提高了锂离子和电子的传输效率， 可有效 提高锂电负极材料的电化学性能。 引入合金元素铜铝成功制备了纳米多孔铜锗铝 锂电负极 材料， 可有效提高导电性和缓解体积膨胀， 进一 步提高了电化学性能。 发明内容 [0004]有鉴于此， 本 发明旨在提出一种能够降低制备成本、 提高循环稳定性能、 具有能耗 低、 制备工艺简单、 有利于 工业化生产的铜锗铝锂电负极材 料的制备 方法及其应用。 [0005]为达到上述目的， 本发明的技 术方案是这样实现的： [0006]一种多孔铜锗铝锂电负极材 料的制备 方法， 包括如下步骤： [0007](1)合金制备： 制备铜锗铝合金， 所述铜锗铝合金中， 铜的原子含量为20％ ‑80％， 锗的原子含量为80％ ‑20％， 铝的原子含量为0 ‑70％； 所述铜锗铝合金被加工成20 ‑100 μm厚 的合金条带； [0008](2)将步骤(1)制备 得到的铜锗铝合金利用研钵制备 出粒径为38.5 μm的合金粉末； [0009](3)将步骤(2)制备 得到的合金粉末在弱酸 性溶液脱合金化后清洗 干燥； [0010](4)将步骤(3)制备 得到的合金粉末进行 热处理， 得到多孔铜锗铝锂电极材 料。说　明　书 1/6 页 3 CN 114134382 A 3