[发明专利]一种新型锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型锂离子电池负极材料及其制备方法，其设计思路为：采用一步法合成S掺杂的ZIF‑67，然后将S掺杂的ZIF‑67与氧化石墨烯粉体在惰性气体下共同碳化，形成了基于ZIF‑67的外层具有碳骨架保护层的纳米多面体状的复合材料，并将之用于锂离子电池负极。本发明的方法步骤简单，不需要昂贵的反应仪器，制得的锂离子电池的能量密度高，循环性能好，具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明隶属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种新型锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、一级安全无污染等优点成为最受关注的高性能蓄电池之一，被广泛应用于便携式电子产品中。目前商用的锂离子电池负极材料主要是人造石墨和天然石墨材料。由于石墨材料的理论比容量仅为372mAh·g^-1，因而无法满足日益上升的锂离子电池能量密度需求。探索新一代的锂离子电池高性能负极材料成为必然。

金属-有机框架材料(Metal-OrangicFrameworks,MOFs)是一类有机-无机杂化材料，由有机配体和无机金属单元构建而成。一般具有多变的拓扑结构以及物理化学性质。MOFs在气体吸附、药物缓释、发光及催化领域有着广泛的应用。其催化性能的调控是目前非常热门的研究方向，对催化化学的发展有着重要的推动作用。

ZIF-67是一种典型的金属-有机框架材料。其典型的制备方法为ZIF67的典型制备方法是：用六水合硝酸钴的水溶液和二甲基咪唑的水溶液混合制成。围绕ZIF-67，许多研究工作者对其进行了改进并将之用于各种电化学反应的电极中。例如中国专利申请CN110797206A公开了一种Co-Mn-S复合材料及其制备方法并将之应用于超级电容器中，可达到2397F·g^-1的比电容。中国专利CN108374179B公开了一种铁掺杂二硒化钴复合碳掺杂炭材料的制备方法并将之用于电化学分解水产氢的工业应用，具有制氢过电势低、制氢Tafel斜率低等优点。虽然现有技术中对ZIF-67进行了改进并取得良好的技术效果，但将其用于锂离子电池负极领域的还比较少，且上述改进步骤多，操作复杂，需要用到水热反应器等使用成本较高的设备，还会用到硫代乙酰胺(2B类致癌物质)等有毒物质。

发明内容

本发明基于ZIF-67，旨在探索一种新型锂离子电池负极材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种新型锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤

步骤一：将钴盐溶于溶剂中，形成溶液A；将2-甲基咪唑和硫源共溶于溶剂中，形成溶液B；

步骤二：在搅拌的条件下，将溶液A缓慢地滴加到溶液B中，形成混合溶液C，继续搅拌0.5～10h；静置1～48h后，将混合溶液C中的沉淀物离心洗涤、干燥后得到S-ZIF-67前驱体；

步骤三:将S-ZIF-67前驱体与氧化石墨烯粉充分混合后，移至管式炉中在惰性气体的保护下加热保温1～12h，升温速率为1～20℃/min，保温温度为800～1200℃，得到新型锂离子电池负极材料。

作为本发明改进的技术方案，步骤一中，所述钴盐为硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴中的一种；所述硫源为硫脲、硫代硫酸钠中的一种；所述溶剂为水和/或醇，所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的一种。

作为本发明改进的技术方案，步骤一中，所述钴盐的浓度为0.01～1mol/L，所述2-甲基咪唑的浓度为0.01～4mol/L，所述硫源的浓度为0.01～3mol/L。

作为本发明改进的技术方案，步骤二中，所述搅拌速率为60～1000rpm。