[发明专利]锂离子电池用MOF衍生的钴氧化物碳纳米纤维柔性电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池用MOF衍生的钴氧化物碳纳米纤维柔性电极材料及其制备方法，将聚丙烯腈和金属有机框架材料ZIF‑67的混合液作为静电纺丝的前驱体溶液，通过静电纺丝的方法获得含有ZIF‑67的碳纳米纤维，然后对静电纺丝纤维进行预氧化、碳化和氧化热处理，合成了Co₃O₄碳纳米纤维柔性电极材料。本发明制备的柔性电极材料不但具有碳材料良好的导电性和循环稳定性(在200mA g^‑1的电流密度下100次循环后900mAh g^‑1)，而且其还具有良好的倍率性能5000mA g^‑1的电流密度下仍能保持550mA g^‑1的容量)，和Co₃O₄高的比容量的特点。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及锂离子电池用MOF衍生的钴氧化物碳纳米纤维柔性电极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新世界电化学转化和储存的绿色化学电源，由于其具有优秀的电化学性能被广泛应用于各个领域，成为世界各国发展和研究的重点。目前，商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨，但是其较低的容量不能满足未来发展的需求，所以寻求容量高且成本低的新型负极材料是目前研究锂离子电池研究的重点之一。

金属有机框架由金属中心离子和有机配体合成，通过改变反应条件来合成不同孔径特点的框架结构。MOF合成方法简单、比表面积大和结构可控等特点使其在气体储存催化、分子识别、药物传递等领域引起了广泛的关注。MOF衍生材料是最近发展及研究的一种负极材料，衍生出的材料主要尺寸达到纳米级别的一些过渡金属氧化物。纳米尺寸的过渡金属氧化物其容量高，能够大大减低电极材料的体积效应。但是，MOF衍生出的纳米粒子容易团聚，而且较差的导电性限制了在电化学领域的应用；目前采用的方法包括有[Zheng,Honghe,Liu,et al.Graphene oxides-guided growth of ultrafineCo₃O₄nanocrystallites from MOFs as high-performance anode of Li-ion batteries[J].Carbon:An International Journal Sponsored by the American Carbon Society,2015,92119-125.]、[李求忠,魏芬,何小英,等.锂离子电池Co₃O₄/C复合负极材料的制备及电化学性能[J].宁德师范学院学报(自然科学版),2018,30(3):286-292.]。但是所有的Co₃O₄/碳复合材料作为锂离子电池负极时，制备电极仍然采用传统制浆的方法将电极材料涂覆在集流体上，这种方法导致电极材料与集流体结合不牢固，反应过程中容易脱落，且制备电极过程繁琐。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种锂离子电池用MOF衍生的钴氧化物碳纳米纤维柔性电极材料及其制备方法，制备的材料中Co₃O₄不易团聚，电极材料保持着良好的地柔性，制备电极容易，且不易脱落。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种锂离子电池用MOF衍生的钴氧化物碳纳米纤维柔性电极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备金属有机框架ZIF-67纳米颗粒；

(2)将聚丙烯腈均匀分散在N，N-二甲基甲酰胺中，再加入步骤(1)中获得的金属有机框架ZIF-67纳米颗粒，搅拌分散均匀，获得静电纺丝前驱液，然后进行静电纺丝，通过转轴接收器收集，得到初纺碳纤维；

(3)将初纺碳纤维进行预氧化、碳化和氧化处理，获得ZIF-67衍生的Co₃O₄碳纳米纤维柔性电极材料。