[发明专利]一种基于金属-有机骨架材料原位构筑表面包覆层的方法

说明书

本发明提供一种基于金属‑有机网络骨架材料原位构筑表面包覆层的方法，所述方法是通过调控金属‑有机网络骨架结构的动力学过程：成核与生长，促使纳米颗粒在核结构表面的原位生长，达到核表面构筑均匀包覆层的目的。采用本发明的方法，可以在常规正极材料表面构筑基于金属‑有机网络骨架材料的包覆层，制备得到的正极材料既能够有效的抑制电极材料本身与电解液的副反应，减缓表面SEI的生成，降低表面膜阻抗和电荷转移阻抗，提高锂离子的反应动力学过程；又能抑制过渡金属离子的溶解，有效的缓解电极材料循环过程中晶格结构的坍塌，显著改善了正极材料的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料领域，涉及一种基于金属-有机骨架材料在不同基底原位构筑表面包覆层的方法。

背景技术

便携式电子设备、交通运输方式和电网的更新换代速度对电池的技术发展提出了较高的要求，高能量密度和长循环寿命是锂离子电池的发展方向。高比容量和高工作电压是提高能量密度的有效举措。因此高比容和高电压电极材料的设计与开发是电池材料研究者的关注焦点。

高比能量电池材料的开发伴随着结构稳定性和安全等系列问题，因此我们需要设计新型材料同时满足高比能量和长循环稳定的特性。核壳结构复合材料作为特殊的新型功能材料，在生物、催化、能源存储和能源转换等方面有着重要的作用，这种复合结构能够在材料表面扮演着保护层的角色，同时能够赋予核材料新的特性。正极材料表面均匀的包覆层构筑(即核壳结构复合材料)在保持电极材料比容量的同时，在电极材料表面形成物理保护屏障，有效的抑制电极材料与电解液分解产生的酸性物质(HF、HCl等)的副反应，减缓过渡金属离子的溶解。其次，表面包覆层对电化学循环发生的层状结构到尖晶石结构至岩盐相结构的转变有效的减缓，抑制电极材料表面SEI的快速形成，避免了电极材料晶体结构的破坏，加快了锂离子的传输，提高了锂离子反应动力学。表面包覆解决循环过程中氧气的析出诱发的电池短路等系列安全问题，在锂离子商业化应用中发挥着不可替代的作用。

传统的包覆方法包括原子层沉积、干粉法和湿化学法。原子层沉积的复杂工艺和干粉法的高成本效益特性等限制了它的大规模应用，湿化学方法的混料均匀以及操作简单等特点受到人们的广泛关注。传统的湿化学方法主要将包覆前驱体和核结构同时分散在溶剂中形成悬浊液，包覆前驱体通过吸附力在核表面形成，继而蒸干溶剂从而在核结构表面形成包覆层。但这种方法存在着缺点——包覆层的厚度均一性与连续性较差，且包覆层的厚度无法精准控制。因此我们需要开发能够实现均匀包覆的方法来代替它。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于金属-有机骨架材料(MOF)在不同基底上原位构筑表面包覆层的方法。所述方法是利用溶剂原子层沉积的方法，通过溶剂极性的选择进而调节包覆层的成核与生长两个动力学过程，实现了包覆层在不同基底上的均匀且连续生长，成功的构筑均匀的包覆层。这种包覆方法制备得到的包覆型电极材料能有效的抑制电极材料与电解液的副反应，提高电极材料-电解质的界面稳定性，并保持循环过程中的界面电子、离子传导性，从而发挥出核壳复合材料的高容量保持率和高倍率特性。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种基于金属-有机网络骨架材料原位构筑表面包覆层的方法，所述方法包括：

(1)将核颗粒、金属盐和金属配位剂于极性溶剂中混合，反应，制备得到以核颗粒为核，以金属-有机网络骨架材料为壳的具有核壳结构的包覆型颗粒。

根据本发明，步骤(1)中，所述核颗粒选自金属材料、金属氧化物材料、无机硅材料、无机碳材料、半导体材料、有机物或者正极材料中的一种或者几种混合物。

其中，所述的金属材料可以为金、银、铜等中的一种或者几种的混合物，所述的金属材料的平均粒径为5-100nm。