[发明专利]一种MOF基ZnO/ZnCo2

说明书

本发明涉及一种MOF基ZnO/ZnCo₂O₄/C复合材料的制备方法和应用，包括如下步骤：(1)将锌盐、钴盐和二元羧酸类有机配体共同溶于有机溶剂中，搅拌均匀后转移至反应釜中于100～160℃下进行微波溶剂热反应，待反应结束后，冷却，洗涤离心，干燥后获得前驱体Zn‑Co双金属MOF材料；(2)将所述Zn‑Co双金属MOF材料在空气中于400～650℃下煅烧制得MOF基ZnO/ZnCo₂O₄/C复合材料，作为锂离子电池电极材料，具有较高的可逆容量，且循环性能及倍率性能较好。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种MOF基ZnO/ZnCo₂O₄/C复合材料的制备方法和应用。

背景技术

随着全球环境污染和能源短缺程度的加剧，发展绿色能源变得越来越重要。锂离子电池具有能量密度高，使用寿命高，续航能力强等优点，广泛应用于电子便携设备，电动汽车。目前商用的锂离子电池负极材料主要为石墨，石墨具有电子电导率高，充放电前后体积变化小，成本低等优点。然而石墨已经接近理论值，在使用中可能会出现失效，难以满足能源需求，所以需要开发高性能的负极材料。过渡金属氧化物理论比容量为石墨的2～3倍，在应用于锂离子电池负极材料有着巨大的潜力。然而，直接将其用于锂离子电池负极材料，由于电极材料体积膨胀和较差的导电性，导致容量衰减迅速，无法发挥全部的性能。因此需要对金属氧化物进行改性，在提高比容量的同时，也使循环稳定性得到提高。

金属有机骨架材料(MOFs)是一种金属离子和有机配体通过络合反应而成的新型多孔材料，将其作为前驱体制备衍生氧化物用于锂离子电池电极材料受到人们的关注。近年来，为了得到用于提高锂离子电池性能的电极材料，研究者们对MOF衍生氧化物在锂离子电池中的应用进行了探索。中国专利文献CN 108428878 A公开了一种用于锂离子电池的ZnO/NiO/C复合负极材料的制备方法，该方法通过高温煅烧Zn/Ni-MOF合成ZnO/NiO/C复合材料，该发明煅烧步骤需要在氮气气氛下，步骤较为繁琐，并且合成的材料形貌不够均匀。中国专利文献CN113206228A公开了一种Zn-Mn双金属锂离子电池负极材料及其制备方法，所制得的材料作为电池电极材料的可逆容量较小。

发明内容

为了解决锂离子电池容量较小的技术问题，而提供一种MOF基ZnO/ZnCo₂O₄/C复合材料的制备方法和应用。本发明方法获得的ZnO/ZnCo₂O₄/C复合材料作为电池电极材料具有较高的可逆容量，且循环性能及倍率性能较好。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供一种MOF基ZnO/ZnCo₂O₄/C复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锌盐、钴盐和二元羧酸类有机配体共同溶于有机溶剂中，搅拌均匀后转移至反应釜中于100～160℃下进行微波溶剂热反应，待反应结束后，冷却，洗涤离心，干燥后获得前驱体Zn-Co双金属MOF材料；

(2)将所述Zn-Co双金属MOF材料在空气中于400～650℃下煅烧制得MOF基ZnO/ZnCo₂O₄/C复合材料。

进一步地，所述锌盐为硝酸锌；所述钴盐为硝酸钴；所述二元羧酸类有机配体为1,4-苯二甲酸；所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇的混合液，所述N,N-二甲基甲酰胺与所述乙二醇的体积比为8:5。

进一步地，所述锌盐、所述钴盐、所述二元羧酸类有机配体、所述有机溶剂的用量比例为(0.55-1.5)mmol:(0.55-1.5)mmol:(0.9-2)mmol:(50-100)mL。