[发明专利]镍基MOF/三聚氰胺-石墨烯泡沫可压缩复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及复合电极材料技术领域，为解决传统金属空气电池体积大，容量小，柔性差的问题，提供了镍基MOF/三聚氰胺‑石墨烯泡沫可压缩复合材料及其制备方法、应用，所述镍基MOF/三聚氰胺‑石墨烯泡沫可压缩复合材料先由三聚氰胺泡沫骨架包覆石墨烯，然后煅烧吸附二维镍基MOF制得。本发明的可压缩复合材料既具有三聚氰胺‑石墨烯碳泡沫的高导电性和可压缩性，又能促进电解液的扩散；制备方法条件易于控制，对设备无特殊要求，能够批量化或工业化生产；具有高比表面积，丰富的催化活性位点，与三聚氰胺‑石墨烯碳泡沫直接接触，促进了电荷转移，能够作为正极材料应用于锌空电池领域。

技术领域

本发明涉及复合电极材料技术领域，尤其涉及镍基MOF/三聚氰胺-石墨烯泡沫可压缩复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

锂离子电池作为日常生活中应用最广泛的二次电池，由于能量密度有限，在一些能量需求大的领域使用受限。充放电过程活性材料体积的变化，有机电解液易燃易爆等也导致存在安全性问题。

金属空气电池，以电极电位较负的金属如镁、铝、锌等作负极，以空气中的氧作正极的活性物质，电解质一般为碱性水溶液。而锂空气电池虽然能量密度高，但由于锂非常活泼，易与空气发生一些副反应，锂金属成本高且全球分布不均等问题难以实际应用。

其中锌空气电池的负极为锌，具有地壳丰度大，安全性高，成本低，环保等优点。其理论能量密度高达1084Wh kg^-1，在能量需求大的领域，如电动汽车，具有较大的应用前景。

便捷式移动设备正在往柔性，可穿戴方向发展。可弯曲，折叠的性质使电子设备具有更好的环境适应性，更大的灵活性。应用横跨航天航空、消费电子、医疗保健、机器人和工业自动化等多个领域。

目前传统的电池具有体积大，容量小，柔性差等问题，因此开发一种体积小，可压缩，高容量的储能设备显得尤为重要。可压缩锌空电池目前的主流方向还是利用凝胶电解质作为可压缩的载体，因此，开发一种具有较好的可压缩性能的正极材料，以满足柔性可穿戴器件的实际应用具有重要的研究意义。

中国专利文献上公开了“一种可压缩锂硫电池电极材料及其制备方法”，申请公布号为 CN104900884A，该发明采用具有高弹性的三维石墨烯作为骨架负载单质硫制得具有耐压性的复合材料，作为可压缩锂硫电池的正极材料，具有比表面积大、电导率高、柔韧性好等优点，通过与硫复合可以显著提高硫的导电性能和利用率。这种可压缩复合电极可以使锂离子电池经受压缩和弯曲形变，适用于各种可穿戴式锂离子电池。但是，该发明的可压缩锂硫电池电极材料制备过程成本高，不利于大规模工业化生产。

发明内容

本发明为了克服传统金属空气电池体积大，容量小，柔性差的问题，提供了既具有三聚氰胺-石墨烯碳泡沫的高导电性和可压缩性，又能促进电解液的扩散的镍基MOF/三聚氰胺- 石墨烯泡沫可压缩复合材料。

本发明还提供了一种镍基MOF/三聚氰胺-石墨烯泡沫可压缩复合材料的制备方法，该方法条件易于控制，对设备无特殊要求，能够批量化或工业化生产。

本发明还提供了一种镍基MOF/三聚氰胺-石墨烯泡沫可压缩复合材料在锌空电池中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

镍基MOF/三聚氰胺-石墨烯泡沫可压缩复合材料，所述镍基MOF/三聚氰胺-石墨烯泡沫可压缩复合材料先由三聚氰胺泡沫骨架包覆石墨烯，然后煅烧吸附二维镍基MOF制得。