[發明專利]一種配位聚合物的合成及其在鋰離子電池負極材料中的應用

有效

• 申請號: 201710831006.7
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107665993B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 師唯;杜佳;程鵬
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/137;H01M10/04;H01M10/0525
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 侯力

本發明公開了一種配位聚合物的合成及其在鋰離子電池負極材料中的應用，所述配合物的化學式為[Ni(PBIM)(OH?BDC)]_n(式中：n為1到正無窮的自然數)，其中PBIM為2,2'?吡啶基苯并咪唑，OH?BDC為5?羥基間苯二甲酸，配合物的制備方法是將四水合醋酸鎳，2,2'?吡啶基苯并咪唑，5?羥基間苯二甲酸和三乙胺加入到水和甲醇混合溶液中，經水熱反應得到目標產物配合物[Ni(PBIM)(OH?BDC)]_n；可用在鋰離子電池負極材料中。本發明的優點是：得到的配合物合成方法簡單，原料易得，易于操作、反應條件溫和、產率高、成本低，產物具有較好的穩定性，將其直接用于鋰電池負極材料中，展示出良好的電化學性能。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種具有良好穩定性的配位聚合物材料的合成，鋰離子電池負極及鋰離子電池制備方法。

背景技術

隨著經濟社會的發展，對于高效清潔能源的需求也迫在眉睫，鋰離子電池作為先進儲能設備，因其質量輕，體積小，便于攜帶，工作電壓高，比能量大，自放電小，循環壽命長，安全性高，無記憶效應，無環境污染等突出優點，成為攝像機、移動電話、筆記本電腦以及便攜式測量儀器等電子裝置小型輕量化的理想電源，也是未來汽車高能動力電池的首選電源。鋰離子電池由正極，負極，電解質和隔膜組成。由于正負極材料是決定電池性能的關鍵，而以石墨烯為主導的商業化負極材料因理論容量低和安全性問題，已經不能滿足當今社會對能源的需求。探尋具有高容量，低放電電壓平臺的穩定的電極材料是目前的研究熱點。而目前研究較多的氧化物，硫化物，磷化物等，雖然在比容量和循環性能上有一定的優勢，但是充放電過程中產生的巨大的體積膨脹是限制其發展的瓶頸。

配位聚合物(簡稱配合物)是一種有機無機雜化材料，由于組裝的金屬離子和有機配體的可選擇性而呈現出結構多樣性，因其豐富的官能團和開放的金屬位點在氣體吸附分離，催化，磁性，熒光等眾多領域都有廣泛應用。在電化學領域，配合物材料及其衍生物也受到越來越多的關注。將配合物直接應用于鋰離子電池，合成方法簡單，而且由于配合物本身結構多樣性，金屬與配體都是潛在的脫嵌鋰位點而成為關注焦點。但是，在目前報導的配合物直接應用于鋰離子電池中主要面臨的是材料的溶解性差以及比容量低等問題。克服這些問題對推動電極材料的發展大有幫助。

發明內容

本發明的第一個目的是針對以上技術分析，提供一種應用于鋰離子電池負極材料的配位聚合物的制備方法，解決目前應用于電池中存在的溶解性差以及比容量低的問題。

本發明的第二個目的是提供一種使用上述負極材料的電極片。

本發明的第三個目的是提供一種使用上述負極材料電極片的鋰離子電池。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一、一種新的配合物的合成方法，包括以下步驟：

步驟(1)：配合物[Ni(PBIM)(OH-BDC)]_n(式中：n為1到正無窮的自然數)的合成。

稱取四水合醋酸鎳，2,2'-吡啶基苯并咪唑，5-羥基間苯二甲酸和三乙胺溶解于體積比為1:3的甲醇和水的混合溶液中，混合均勻得到混合液，置于23mL密封不銹鋼反應釜中，加熱至120攝氏度反應3天，反應結束后降至室溫，得到配合物晶體。請參閱圖1本發明中配合物的合成反應步驟圖。

其中四水合醋酸鎳、2,2'-吡啶基苯并咪唑、5-羥基間苯二甲酸和三乙胺的摩爾比為5：1：2：1；甲醇和水的體積比為1：3。