[发明专利]一种MOF衍生多孔碳盒负载Co3

权利要求书

1.一种MOF衍生多孔碳盒负载Co₃V₂O₈复合负极材料的制备方法，其特征在于所制备得到的Co₃V₂O₈@PCB是以多孔碳盒作为内部骨架，一维棒状Co₃V₂O₈附着在多孔碳盒上或嵌入其孔内的复合负极材料，该复合材料的制备包括如下步骤：

1）将制备好的多孔碳盒PCB在水中超声1~2h完全分散，根据PCB与Co的比例加入适量棒状Co₃V₂O₈搅拌0.5~1h使其均匀混合；

2）将步骤1）得到的混合液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，经水热反应后冷却至室温；

3）将步骤2）得到的沉淀分离后用水和乙醇洗涤3~4次，干燥后即得到Co₃V₂O₈@PCB复合材料；

步骤1）中所述的PCB与Co的比例是摩尔比为1:2~1:5；步骤2）中所述的经水热反应温度为120~180℃，水热反应时间为8~16h；步骤3）中所述的沉淀分离方式为过滤、抽滤或离心分离中的一种；干燥为水浴加热蒸发、干燥箱烘干、真空干燥中的一种，干燥时间为6~10h；

步骤1）中所述多孔碳盒PCB的制备方法，步骤如下：

4）将钴源和2-甲基咪唑分别加入至适量溶剂中搅拌5~10min溶解，然后将2-甲基咪唑溶液缓慢加入至钴源溶液中混合，持续搅拌4~6h；

5）将步骤4）得到的混合液中析出的沉淀分离，并用去离子水和甲醇洗涤数次，干燥后得到ZIF-67；

6）将步骤5）得到的ZIF-67在保护气氛下高温煅烧热解，冷却至室温后用酸洗涤浸出Co，再用去离子水和乙醇洗涤数次，干燥后得到PCB；

步骤4）中所述钴源为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴、草酸钴或其水合物中的一种；所述溶剂为水、乙醇、甲醇中的一种或几种混合；步骤5）中所述沉淀分离方式为过滤、抽滤或离心分离中的一种；步骤6）中所述保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种；所述高温煅烧热解条件为升温速率1~5℃/min，在700~900℃保温1~2h；所述冷却至室温方式为程序控制缓慢降温、自然冷却或液氮中淬火中的一种；所述用酸洗涤浸出Co的酸为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、草酸、乙酸中的一种或几种混合；所述干燥方式为水浴加热蒸发、干燥箱烘干、真空干燥中的一种，干燥时间为6~10h；

步骤1）中所述棒状Co₃V₂O₈的制备方法，步骤如下：

7）将偏钒酸盐加入去离子水中，加热搅拌5~10min，加入氢氧化物调节pH，然后加入钴源再持续搅拌10~20min；

8）将步骤7）得到的混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，经水热反应后冷却至室温；

9）将步骤8）得到的沉淀分离后洗涤并干燥得到前驱体，将得到的前驱体在空气气氛中煅烧后得到棒状Co₃V₂O₈；

步骤7）中所述偏钒酸盐为偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾中的一种；所述氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾中的一种；调节pH到10~11；所述钴源为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴、草酸钴或其水合物中的一种；步骤8）中所述水热反应温度为160~200℃，时间为12~24h；步骤9）中所述沉淀分离方式为过滤、抽滤或离心分离中的一种；所述前驱体在空气气氛中煅烧条件为升温速率为3~5℃/min，升到450~550℃保温5~8h后自然冷却至室温。

2.一种如权利要求1所述的制备方法得到的MOF衍生多孔碳盒负载Co₃V₂O₈复合材料。

3.一种如权利要求1所述的MOF衍生多孔碳盒负载Co₃V₂O₈复合材料作为锂离子电池负极材料的应用，特征在于：将Co₃V₂O₈@PCB复合材料作为活性物质与导电剂和粘结剂以一定比例混合于N-甲基吡咯烷酮分散剂中，充分搅拌形成浆料后涂覆于铜箔集流体表面，干燥后裁剪成一定形状的极片；将所制备的该极片作为负极，与正极、电解液、隔膜装配成锂离子电池，或将该极片作为正极，与对电极金属锂和电解液、隔膜组装成实验半电池；将电池在电流密度为0.5 A/g下恒流充放电，基于活性物质的可逆质量比容量可以达到1000 mAh/g以上。