[发明专利]一种新型锂离子电池负极材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于材料化学的技术领域，具体涉及一种新型锂离子电池负极材料的制备方法及应用，特别涉及一种将ZIF67与ZIF8复合作为锂离子电池负极材料的方法。本发明通过制备ZIF67粉末，然后制备ZIF8包覆ZIF67复合材料，再将ZIF8包覆ZIF67复合材料复合碳化，制造出双层中空且表面多孔结构的Zn‑Co复合体，来提高锂离子电池的电化学性能。本发明克服了现有技术制备的锂离子电池负极材料充放电比容量、循环稳定性差，电极材料发生粉碎的缺陷。

技术领域

本发明属于材料化学的技术领域，具体涉及一种新型锂离子电池负极材料的制备方法及应用，特别涉及一种将ZIF67与ZIF8复合作为锂离子电池负极材料的方法。

背景技术

锂离子电池是最新一代的蓄电池,现己在人们的生产生活中得到全面普及,在便携式电子移动设备及大型电能存储设备上均有广泛使用。和我们日常生活中见到的传统电池一样,均由正极、电解质、负极等部件组成。放电过程中,Li⁺从正极脱出,经过电解液到达对电极,电子则通过外电路到达负极；充电过程Li⁺则向正极移动；整个循环过程中通过电解液中离子的传递以及外电路电子的传导构成循环电。锂离子电池拥有下述几个优点:首先,锂离子电池具有非常高的能量密度,与其他的可充电电池相比,锂离子电池在能量供给方面的表现更为优秀,为电子储能设备小型化、便携化提供了可能；不仅如此，比之传统的铅酸二次电池等,更加的绿色,符合当今社会的环保可持续理念。使用方便、绿色环保以及性能优异等特点使得锂离子电池发展替代传统二次电池成为一种趋势且已逐步成为现实，对锂离子电池负极材料的研究与发展很大程度上影响着其最终能够实际转变商品化的程度。早在上个世纪80年代,碳材料就已经作为锂电池的负极而被大规模的投入使用了。目前得以产业化的碳材料负极主要拥有石墨化和无定形两种。但是,碳材料负极由于在充放电过程中形成了LiC₆的夹层复合物导致其比容量偏低(仅有372mAh/g),严重制约了其电池性能。此外,首次循环的不可逆容量较高、有机溶剂共嵌入等问题也成为了碳材料负极的短板,影响了其整体性能。优秀的锂电池负极材料必须满足下述几点:(1)每单位材料储锂量大,即组成元素的相对原子质量较小,且同时具有较好的循环稳定性；(2)与金属Li电势尽可能接近；(3)在电解液当中不发生溶解而且也不会与其发生反应；(4)Li+和电子在材料中具有很高的传导能力；(5)廉价且无污染。同时满足上述条件难度颇高,电池研究的科研工作者们已尽可能地去发现和创造新型锂离子电池负极材料。

金属有机框架材料 ,简称MOFs，由于其结构可控多变,形成的结构具有较多的孔道和较大的比表面积,因而拥有极好的与小分子进行反应的能力。近些年来,MOFs不仅仅在气体存储与分离、传感、催化以及药物传输等方面展现了其优越性和多样性,在电化学这一领域也开始被深入研究并逐渐崭露头角。而今,以MOFs为前驱体制备电极材料的文章屡见不鲜。但是直接应用MOFs为锂离子电池负极的材料的报道还不是很多。MOFs拥有较大的比表面积,有效地增加了与电解质的接触面积,同时可控的多孔结构也使得Li⁺更容易在电极材料中嵌入和脱出,提高了其电化学性能。对MOFs的研究有利于锂离子电池更好的发展,所以开发出拥有更高的可逆容量和更好的循环稳定性的金属有机框架材料拥有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的为针对当前锂离子电池负极材料技术的不足，提供一种锂离子电池负极材料的制备方法及应用。本发明通过将ZIF67和ZIF8复合碳化，制造出双层中空结构的Zn-Co复合体，来提高锂离子电池的电化学性能。本发明克服了现有技术制备的锂离子电池负极材料充放电比容量、循环稳定性差，电极材料发生粉碎的缺陷。

本发明的技术方案为：

本发明的目的在于提供一种新型锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：制备ZIF67粉末；

步骤一、A液： 5-10 mmol 六水合硝酸钴,分散于125-250ml甲醇；