[发明专利]纳米多孔负极材料Fe3

说明书

本发明提供一种纳米多孔负极材料Fe₃O₄的制备方法，包括：(1)金属有机框架化合物(MOFs)的合成，所述MOFs为沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)；(2)以所述ZIFs为模板，制备纳米多孔Fe₃O₄。本发明提供的纳米多孔负极材料Fe₃O₄的制备方法中，采用ZIFs制备纳米多孔Fe₃O₄，ZIFs的比表面积大，可降低单位面积上的电流，减缓铁镍电池的负极材料在氧化过程中Fe(OH)₂的形成，从而延缓钝化的发生。此外，ZIFs中含有氮原子，氮原子含有的孤对电子可增强纳米多孔Fe₃O₄的电荷密度，可增强其作为负极材料的导电性，从而减小极化、显著提高大电流性能，解决铁镍电池的析气问题。

技术领域

本发明属于铁镍电池负极材料应用技术领域，具体涉及一种纳米多孔负极材料Fe₃O₄的制备方法。

背景技术

铁镍电池是正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由铁制成的一种碱性蓄电池。铁镍电池发展至今已有一百多年的历史，但因其体积大、重量重、维护烦琐、低温性能差，更因为当时人们的环保意识薄弱逐渐淡出了人们的视野。近年来，由于公众环保意识增强，铁镍电池重回大众视野，引起国内外学者的重视。

近年来，国内外学者通过各种方法来提高铁镍电池的电化学性能，尤其是负极材料的制备方法。目前合成Fe₃O₄的化学方法主要有共沉淀法、中和沉淀法、溶胶凝胶法、沉淀氧化法、电化学法、微乳液法、水热法、水解法、多元醇法等。然而，铁电极仍存在一些问题，比如钝化现象，析气问题等，故迫切需要探究新的方法来合成电化学活性高的纳米级Fe₃O₄。

金属有机框架化合物(MOFs)是一类具有特殊结构的纳米多孔新型材料，是由不同过度金属离子与含氧、氮等多齿有机配体自组装形成的。MOFs比表面积高、孔结构多样、稳定性好，大量碳原子存在于其分子结构中，使得MOFs 常作为纳米多孔材料制作的模板或前驱体。例如，中国发明专利201610390470.2 公开一种以MOF为模板制作锂电池用金属氧化物的方法。由于锂电池与铁镍电池的工作原理不同，因此，该发明中的方法并不适合用来制作铁镍电池的负极材料Fe₃O₄。而MOFs多种多样，亟需选择一种合适的MOFs及制备方法，用于制作适用于铁镍电池的负极材料，以解决铁镍电池钝化、析气等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合铁镍电池用的纳米多孔Fe₃O₄的制备方法，以解决铁镍电池钝化、析气等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种纳米多孔负极材料Fe₃O₄的制备方法，包括：

(1)金属有机框架化合物(MOFs)的合成，所述MOFs为沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)；(2)纳米多孔Fe₃O₄的合成。

ZIFs是MOFs的一种，是具有沸石结构的纳米多孔材料，ZIFs不仅具有高比表面积、高孔隙率和孔径可调等优点，还具有沸石材料的稳定性好等优点，相比其他的MOFs，ZIFs的稳定性更强，用ZIFs为模板制作铁镍电池的负极材料稳定性更好。本发明制得的ZIFs，比表面积大于90m²/g，孔径小于0.6μm。

较佳地，其中，所述步骤(1)包括：

(11)将锌盐与咪唑衍生物分别溶于有机溶剂中，待充分溶解后，将两者混合均匀并在室温下静置；

(12)离心收集沉淀物，得中间产物；