[发明专利]一种MOF衍生多孔碳盒负载Co3

说明书

本发明提供一种利用含Co的金属有机框架化合物（Metal‑Organic Framework，MOF）热解得到的多孔碳盒（Porous Carbon Box，PCB）负载一维棒状Co₃V₂O₈所构成的复合材料及其制备方法和其在锂离子电池负极材料中的应用。本发明通过制备形貌可控的沸石咪唑酯骨架‑67（Zeolitic Imidazolate Frameworks‑67，ZIF‑67），以其作为模板前驱体经高温热解后再酸洗除去Co，得到的多孔碳盒在溶液中超声分散，随后以多孔碳盒作为内部骨架，通过水热过程进行自组装，将Co₃V₂O₈在多孔碳盒表面附着和孔内嵌入以形成复合材料。本发明整个实验过程不生成有毒危险物质，操作简单易行，Co₃V₂O₈@PCB具有高的比表面积和多孔洞结构，通过复合材料的协同作用，有效提高了锂离子电池的倍率以及循环性能，是一种优异的锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料制备技术领域，尤其涉及一种MOF衍生多孔碳盒负载Co₃V₂O₈复合负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

面对日益严峻的环境污染问题和能源危机，研发绿色、高效、可持续的清洁能源已经刻不容缓。由于太阳能、风能等清洁能源输出能量需要一定的储存系统才能够实用化，锂离子电池作为具有高效能量转换和储存的二次电池被不断研究开发，并应用于生活以及其他领域。然而，面对市场对于高能量储能系统和高容量的要求，锂离子电池目前的电化学性能还不能很好的满足。因此，开发具有高比容量、价格便宜、安全可靠的新一代锂离子电池电极材料成为电化学研究领域中的重点。

金属氧化物负极材料由于资源丰富、价格低廉、较高的充放电比容量和更好的安全性能在锂离子电池中被广泛研究，但也因为其差的导电性和易粉化等缺陷降低了材料的循环稳定性和倍率性能，因此需要开发更优性能的负极材料。双金属氧化物Co₃V₂O₈的晶体结构独特，比单金属氧化物具有更好的协同电化学性能，可逆容量更高，稳定性更优异，是一种较为理想的负极材料，在锂离子电池中有很好的应用前景，但是循环及倍率性能有待提升。MOF是一种有机-无机杂化材料，具有可调节的孔隙率和较大的比表面积。本发明通过设计实现MOF衍生的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形成复合材料，可显著提高电池的循环稳定性和倍率性能，充放电可逆容量也得到极大提升，是一种优异的锂离子电池负极材料。

发明内容

针对氧化物材料存在的导电性差、循环稳定性和倍率性能差等缺点，本发明的目的在于提供一种双过渡金属氧化物Co₃V₂O₈与多孔碳盒的复合材料，先通过特殊形貌的ZIF-67热解得到多孔碳盒，然后将一维棒状Co₃V₂O₈附着在多孔碳盒上或嵌入其孔内形成复合材料负，通过这种巧妙的过程设计和形貌控制，提高材料的电化学性能。

为实现上述发明目的，本发明提供一种MOF衍生多孔碳盒负载Co₃V₂O₈复合负极材料及其制备方法，制备过程包括如下步骤：

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后分离沉淀并用水和甲醇洗涤数次，干燥后得到ZIF-67；将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，再用水和乙醇洗涤数次后干燥得到多孔碳盒PCB。