[发明专利]具有优异电化学性能铁锌配合物及其衍生物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有优异电化学性能的锌离子掺杂含铁金属有机配位聚合物及其复合衍生物的制备方法，属于电化学材料制备领域。

背景技术

在当今社会中，随着化石燃料的燃烧产生大量的有害气体，使得环境污染现象越来越严重，这种不可再生能源的枯竭，使得人们对能源的需求不断增加。因此开发一种可再生并且可持续发展的能源，来解决现有的能源和环境的危机，是世界各界关注的焦点。当前，人们已经开发和利用了多种有效并且可靠的能源，例如锂离子电池，太阳能电池，超级电容器等。其中锂离子电池由于其有高的工作电压和能量密度，无记忆效应，自放电率较低，循环性能良好，不会对环境和人体照成危害等优点成为人们研究的热点。

传统的锂离子电池负极材料已经远远不能满足人们生活的需要，开发新型的负极材料已经迫在眉睫。

发明内容

发明目的

本发明提供一种有优异电化学性能的锌离子掺杂含铁金属有机配位聚合物及其系列复合衍生物材料，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种具有优异电化学性能的锌离子掺杂含铁配位聚合物，其特征在于：该聚合物由以下质量分的组分制备而成：1.0～2.0份的乙酸锌、1.0～2.0份的氯化亚铁、2.0～3.0份的硫酸锂、12.0～14.0份的均苯四甲酸和10.0～15.0份的氢氧化锂。

该聚合物为在锂离子电池中表现出的优异电化学性能的聚合物。

制备上述的具有优异电化学性能的锌离子掺杂含铁配位聚合物的方法，其特征在于：该方法如下：该聚合物及其复合衍生物的制备采用简单的水热合成法和随后的退火工艺，具体为将1.0～2.0份的乙酸锌、1.0～2.0份的氯化亚铁、2.0～3.0份的硫酸锂、12.0～14.0份的均苯四甲酸和10.0～15.0份的氢氧化锂溶于8～15ml的水中，磁力搅拌半个小时后置于15-50ml容量的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，将反应釜密封并保持在温度区间为120-180℃下进行24-72小时水热合成反应，然后自然冷却至0℃-35℃，将前躯体滤出，用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤数次，随后收集到的固体颗粒在室温或60℃下干燥过夜。

在400-600℃下，将已经干燥过的前躯体进行热处理，在空气气氛中保持3-6小时得到碳复合氧化物；或在浓度大于99.9％的氮气气氛中恒温3-6小时获得碳包覆氧化物复合材料。即，制备出的前驱体在室温或者60℃温度区间干燥过夜，退火反应在温度为400-600℃，空气或氮气气氛中保持约3-6小时。

金属配位聚合物前躯体加入不多于10％的石墨烯进行超声和研磨处理，得到石墨烯包覆金属配位聚合物复合材料。

加入不多于不多于前躯体质量10％的石墨烯进行超声和研磨处理，得到石墨烯包覆金属配位聚合物，并将其在400-600℃下进行热处理，在空气气氛中保持3-6小时得到石墨烯和碳包覆氧化物的复合物，即石墨烯/碳/氧化锌/四氧化三铁。

将前躯体滤出后先使用无水乙醇累计10～50毫升洗涤，滤掉酒精溶剂，然后再使用累计30～60毫升的蒸馏水洗涤数次。

无水乙醇浓度为96％～100％，室温为0℃-25℃。

碳复合氧化物为碳/氧化锌/四氧化三铁，碳包覆氧化物为碳/铁酸锌。

如上述的具有优异电化学性能的锌离子掺杂含铁配位聚合物及其衍生物材料用途，其特征在于：其应用于锂离子电池中。

在锂离子电池中表现出了高的比容量和良好的循环性能。

优点及效果

本发明提供了一种锂离子电池负极材料及其制备方法，其满足了锂离子电池负极材料高的比容量和良好的循环性能的要求，该材料是用简单的水热合成法以及随后的退火工艺制备而成，此外，制备过程条件比较温和，不使用强酸强碱，强氧化剂和有毒试剂，合成方法简单且价格低廉，可进行大规模合成，具有良好的应用前景。

与无机物相比，金属有机配位聚合物具有明显的优势条件，其具有比表面积大，孔隙率高等优点，成为人们研究和关注的热点。金属有机配位聚合物影响因素最大的为金属和有机配体的性质，同时还有其他的影响因素，比如pH值，金属配比，温度等因素。将金属有机配位聚合物作为前驱体进行煅烧可得到金属氧化物及碳包覆的金属氧化物，将其作为锂离子电池的负极材料可以用来补充传统的碳材料作为负极材料的不足，以满足人们生活中对锂离子电池更好的需求，发开出新型的具有更高比容量的锂离子电池。

本发明的具体优点如下：