[发明专利]一种茜素类MOF/石墨烯复合电极材料、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种茜素类MOF/石墨烯复合电极材料、其制备方法及应用。所述制备方法包括：将金属盐水溶液加入茜素及其衍生物有机配体溶液中搅拌，得到MOF溶液；将石墨烯分散于所述MOF溶液中，利用溶剂热法，反应得到茜素类MOF/石墨烯复合电极材料。本发明以茜素及其衍生物作为有机配体，与具有电化学活性的过渡金属离子配位形成MOFs，利用有机配体中的蒽醌羰基、酚羟基和金属离子的多活性中心，得到多孔、高比表面的MOFs材料，通过与石墨烯的复合，进一步提高电极材料的电导率。将电极材料用于锂离子电池中，电极材料中过渡金属与有机配体均参与到电化学反应中，从而提高电极材料的充放电容量。另外，本发明制备方法简单便捷、成本低，制备过程可控。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种茜素类MOF/石墨烯复合电极材料、其制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池具有储能密度高、循环寿命长、自放电小、环境兼容性强等优点，在过去几十年内得到迅猛发展，已广泛应用于便捷式电子产品和动力电源。有机的电极材料因其低廉的成本、环境友好、高的能量/功率密度、良好的结构设计性等优点，成为未来绿色和可持续锂离子电池电极材料的重要后备力量。其中，金属有机骨架(MOFs)作为一类由有机连接体和金属节点构成的新型多孔配位聚合物，由于其具有刚性和延伸性，在有机电解质中不易溶解，离子传输速度快，因而在有机锂离子电池电极材料领域受到越来越多的关注。然而，大多数的MOFs材料导电能力差，分子结构中的有机配体不具有氧化还原活性，甚至仅充当金属氧化物或其他金属/碳基纳米材料的前驱体，严重限制了MOFs在有机锂离子电池电极材料中的应用。

发明内容

本发明解决的问题是现有MOFs材料导电能力差，有机配体不具有氧化还原活性，限制了其在锂离子电池有机电极材料中的应用。

为解决上述问题，本发明提供一种茜素类MOF/石墨烯复合电极材料的制备方法，包括：将金属盐水溶液加入茜素及其衍生物有机配体溶液中搅拌，得到MOF溶液；将石墨烯分散于所述MOF溶液中，利用溶剂热法，反应得到茜素类MOF/石墨烯复合电极材料。

较佳地，所述茜素及其衍生物有机配体包括茜素、茜素红S、茜素氟蓝及各自混合物中的一种。

较佳地，所述金属盐包括四水乙酸铁、四水乙酸亚铁、四水乙酸钴、四水乙酸镍、四水乙酸锰、九水硝酸铁、九水硝酸亚铁、九水硝酸钴、九水硝酸镍及四水硝酸锰中的一种或多种。

较佳地，所述石墨烯与所述茜素及其衍生物有机配体的质量比为1:2-1：20。

较佳地，所述MOF溶液中，所述金属盐与所述茜素及其衍生物有机配体的摩尔比为1:1。

较佳地，所述溶剂热法的溶剂为甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺及水中的一种或多种，反应温度为80-120℃，反应时间为6-24h。

本发明还提供一种茜素类MOF/石墨烯复合电极材料，根据上述茜素类MOF/石墨烯复合电极材料的制备方法制备。

本发明还提供一种茜素类MOF/石墨烯复合电极材料的应用，将茜素类MOF/石墨烯复合电极材料应用于锂离子电池正极。使用方法为：将茜素类MOF/石墨烯复合电极材料与粘结剂按一定质量比经均匀混合涂覆在集流体上，真空干燥后得到锂离子电池正极，其中，涂覆厚度为50-100μm，所述茜素类MOF/石墨烯复合电极材料与所述粘结剂的质量比为9:1，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯，所述集流体为铝箔。

本发明相较于现有技术产生的有益效果如下：

本发明以茜素及其衍生物作为有机配体，与具有电化学活性的过渡金属离子配位形成MOFs，利用有机配体中的蒽醌羰基、酚羟基和金属离子的多活性中心，得到多孔、高比表面的MOFs材料，通过与石墨烯的复合，进一步提高电极材料的电导率。将电极材料用于锂离子电池中，电极材料中过渡金属与有机配体均参与到电化学反应中，从而提高电极材料的充放电容量。另外，本发明制备方法简单便捷、成本低，制备过程可控。