[发明专利]一种锗包覆硅氧复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种锗包覆硅氧复合材料，其特征在于，所述锗包覆硅氧复合材料包括内核以及均匀包覆于内核表面的外壳，所述内核包括二氧化硅基质以及分散于二氧化硅基质中的硅纳米颗粒，所述外壳为金属锗层或者金属锗和二氧化锗的复合层，所述内核和外壳之间通过无定形碳层连接；

其中，所述锗包覆硅氧复合材料的制备方法包括以下步骤：

S1、将氧化亚硅粉末和聚合物表面活性剂溶于溶剂中，得到表面改性氧化亚硅分散液；

S2、将二氧化锗溶于碱溶液中，再将所得锗源碱溶液的pH值调节至6～8后与表面改性氧化亚硅分散液混合均匀，得到悬浊液；

S3、将悬浊液与还原剂混合均匀后在搅拌条件下进行水热还原反应，待反应完毕后将所得产物过滤，所得滤渣用水洗涤至洗出溶液呈中性后干燥，得到锗/二氧化锗包覆氧化亚硅复合材料；

S4、将锗/二氧化锗包覆氧化亚硅复合材料在还原型气氛中于温度700～900℃下进行高温烧结，得到锗包覆硅氧复合材料。

2.根据权利要求1所述的锗包覆硅氧复合材料，其特征在于，所述内核直径与外壳厚度的比值为(10~50):1。

3.根据权利要求1或2所述的锗包覆硅氧复合材料，其特征在于，所述锗包覆硅氧复合材料的直径D₅₀为1~15μm。

4.一种锗包覆硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、将氧化亚硅粉末和聚合物表面活性剂溶于溶剂中，得到表面改性氧化亚硅分散液；

S2、将二氧化锗溶于碱溶液中，再将所得锗源碱溶液的pH值调节至6～8后与表面改性氧化亚硅分散液混合均匀，得到悬浊液；

S3、将悬浊液与还原剂混合均匀后在搅拌条件下进行水热还原反应，待反应完毕后将所得产物过滤，所得滤渣用水洗涤至洗出溶液呈中性后干燥，得到锗/二氧化锗包覆氧化亚硅复合材料；

S4、将锗/二氧化锗包覆氧化亚硅复合材料在还原型气氛中于温度700～900℃下进行高温烧结，得到锗包覆硅氧复合材料。

5.根据权利要求4所述的锗包覆硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述氧化亚硅粉末的粒径D₅₀为500nm~5μm；所述聚合物表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮和/或聚氧化乙烯-硅氧烷；所述氧化亚硅粉末与聚合物表面活性剂的质量比为100:(0.05～1)。

6.根据权利要求4所述的锗包覆硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述碱溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和氨水中的至少一种；所述二氧化锗与氧化亚硅粉末的质量比为(1～10):100。

7.根据权利要求4所述的锗包覆硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述还原剂为硼氢化钠和/或硼氢化钾；将悬浊液与还原剂混合均匀的方式为将还原剂溶于溶剂中，之后将所得还原剂溶液分3~6次加入悬浊液中，且相邻两次加入的时间间隔为10~30min；所述水热还原反应的条件包括温度为80～120℃，时间为10～20h。

8.根据权利要求4所述的锗包覆硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述还原型气氛由Ar和/或N₂与H₂组成，且H₂的体积分数为5%~15%；所述高温烧结的升温速率为5～10 ℃/min，烧结时间为6～12 h。

9.由权利要求4~8中任意一项所述方法制备得到的锗包覆硅氧复合材料。

10.权利要求1~3和9中任意一项所述的锗包覆硅氧复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。