[发明专利]一种锂离子电池薄膜负极材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池薄膜负极材料及制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。具体为以碳纳米管、硝酸钴和2‑甲基咪唑为原料，甲醇为溶剂，超声混合均匀，加热老化反应12~36h，反应结束后真空过滤得ZIF‑67@CNTs膜，干燥；干燥后的ZIF‑67@CNTs膜在氮气气氛下进行高温煅烧，冷却后置于浓硫酸和水的混合溶液中，加热反应，然后洗涤、干燥得多孔碳/碳纳米管锂离子电池薄膜负极材料。本发明通过真空过滤法和煅烧处理结合制备了多孔碳/碳纳米管薄膜，引入MOF前驱体形成薄膜电极，MOF衍生的多孔碳复合在碳纳米管表面有效促进Li离子迁移效率，降低碳材料膨胀系数，促进电化学性能提升。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池薄膜负极材料及制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的绿色化学储能电源，从小型电子装置到大的动力源，正得到越来越广泛的应用，已成为21世纪极具发展潜力的新型化学电源。自1990年日本索尼公司推出第一代锂离子电池后，它已经得到迅速发展并广泛用于各种便携式设备。目前，已经实现商业化应用的锂离子电池负极材料是以石墨为代表的碳素材料，表现出较高的库仑效率和较好的循环稳定性，但其最大理论比容量较小，限制了锂离子电池性能的进一步提高，因此开发新型高性能碳负极材料已成为当前的研究热点。

以金属有机骨架（MOF）为前驱体设计不同的碳材料，热解后可获得更多不同形貌的碳材料。MOF衍生的多孔结构不仅具有更大的比表面积，而且还暴露出更多的活性位点，有利于锂离子的吸附-脱附以及电池整体的充放电反应中表现出优异的性能。因此，可以通过MOF前驱体和真空过滤工艺制备多孔碳材料，并将其用于锂离子电池负极材料中。

发明内容

针对现有技术中锂离子电池碳负极材料比容量低的问题，本发明提供了一种锂离子电池薄膜负极材料及制备方法和应用，通过真空过滤和煅烧法制备多孔碳/碳纳米管复合薄膜材料，在锂离子电池等领域有良好应用前景。

本发明通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池薄膜负极材料，通过以下方法制备得到：

（1）以碳纳米管、硝酸钴和2-甲基咪唑为原料，甲醇为溶剂，超声混合均匀，加热老化反应24~36h，反应结束后真空过滤得ZIF-67@CNTs膜，干燥；

（2）步骤（1）干燥后的ZIF-67@CNTs膜在氮气气氛下进行高温煅烧，冷却后置于浓硫酸和水的混合溶液中，加热反应，然后洗涤、干燥得锂离子电池薄膜负极材料。

进一步地，步骤（1）中所述的硝酸钴为Co(NO₃)₂·6H₂O，碳纳米管、Co(NO₃)₂·6H₂O和2-甲基咪唑的质量比为1:44~66:40~80。

进一步地，步骤（1）中原料与溶剂比例为2.1~2.54g:40ml。

进一步地，步骤（1）中加热老化温度为100℃，时间为24 h。

进一步地，步骤（2）中高温煅烧温度为800℃，煅烧时间为2~4h。

进一步地，步骤（2）中所述的混合溶液中浓硫酸和水的体积比为1:1；所述的加热为60℃水浴加热30min。

进一步地，步骤（1）和步骤（2）中干燥温度为60℃。

本发明中，所述的锂离子电池薄膜负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）以碳纳米管、硝酸钴和2-甲基咪唑为原料，甲醇为溶剂，超声混合均匀，加热老化反应12~36h，反应结束后真空过滤得ZIF-67@CNTs膜，干燥；

（2）步骤（1）干燥后的ZIF-67@CNTs膜在氮气气氛下进行高温煅烧，冷却后置于浓硫酸和水的混合溶液中，加热，然后洗涤、干燥得锂离子电池薄膜负极材料。