[發明專利]超分子雜合氣凝膠復合材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201811637661.X
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109755571B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 馬靜;劉月學;王盈來;郭鋒
• 申請（專利權）人: 浙江南都電源動力股份有限公司;杭州南都動力科技有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州裕陽聯合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 姚宇吉

本發明提供一種超分子雜合氣凝膠復合材料的制備方法及應用。超分子雜合氣凝膠復合材料的制備方法包括混合步驟、一次反應步驟及二次反應步驟。混合步驟：將金屬有機骨架化合物溶液和鐵源溶液分別加入到氧化石墨烯溶液中，并分散得到原料混合液；一次反應步驟：將原料混合液采用水熱處理，形成水凝膠；及二次反應步驟：將水凝膠采用真空冷凍干燥、高溫熱解相繼處理之后，得到超分子雜合氣凝膠復合材料。

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，尤其是一種超分子雜合氣凝膠復合材料的制備方法及應用。

背景技術

近年來，隨著人類對清潔能源的需求日益增加，研究者們逐漸將目光投向鋰離子電池等清潔能源。鋰離子電池是鋰離子在正負極材料之間進行嵌入和脫出的一種高能的可充放電池，在充電過程中，鋰離子從正極脫出經由電解質溶液嵌入負極當中，而為了保證負極的電荷平衡，外電路的補償電荷傳輸到負極，放電過程與之相反。由于鋰離子本身具有較輕的質量，所以這樣就可以保證單位質量的電極材料能儲存更多的鋰離子，因此鋰離子電池的能量密度較高。但是，由于鋰離子電池本身的電極材料結構與電解液的性能限制了功率型電池的發展，在動力領域想要尋求更遠的發展，就必須解決提高鋰離子電池功率方面的性能。

當前，已經有很多關于石墨烯負極材料方面的研究，利用石墨烯負極材料可以提高鋰離子電池的可逆比容量，但是在實際應用中，鋰離子電池的能量密度及功率密度還需要進一步地提高，而化學摻雜的辦法可以有效地優化石墨烯的物化性能，并且通過摻雜可以適當提高石墨烯材料有效的比表面積，這兩個方面都可以顯著提高石墨烯負極鋰離子電池的電學性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種能提高鋰離子電池的能量密度及功率密度的超分子雜合氣凝膠復合材料的制備方法，及該制備方法制得的超分子雜合氣凝膠復合材料在鋰離子電池中的應用。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種超分子雜合氣凝膠復合材料的制備方法，包括混合步驟、一次反應步驟及二次反應步驟。混合步驟：將金屬有機骨架化合物溶液和鐵源溶液分別加入到氧化石墨烯溶液中，并分散得到原料混合液；一次反應步驟：將原料混合液采用水熱處理，形成水凝膠；及二次反應步驟：將水凝膠采用真空冷凍干燥、高溫熱解相繼處理之后，得到超分子雜合氣凝膠復合材料。

可選的，超分子雜合氣凝膠復合材料的制備方法還包括原料準備步驟，原料準備步驟在混合步驟之前，原料準備步驟包括氧化石墨烯處理步驟、金屬有機骨架化合物處理步驟及鐵源處理步驟；氧化石墨烯處理步驟包括在氧化石墨烯的水溶液中添加氨水使pH至弱堿性并超聲分散得到氧化石墨烯溶液；金屬有機骨架化合物處理步驟包括將金屬有機骨架化合物的粉末加入到超純水中超聲分散得到，鐵源處理步驟包括將鐵源加入到超純水中配置成溶液。

可選的，鐵源溶液為100mg/mL-120mg/mL的Fe(NO₃)₃·9H₂O溶液，金屬有機骨架化合物溶液的濃度為100mg/mL-120mg/mL。

可選的，氧化石墨烯的水溶液由以下步驟制得：取石墨鱗片和高錳酸鉀混合，取濃硫酸和磷酸混合均勻，將濃硫酸和磷酸的混合溶液緩慢加入到石墨鱗片和高錳酸鉀的混合物中，加酸過程保持溫度在30℃-40℃，然后在45℃-55℃下攪拌，反應11h-13h，待反應體系冷卻至室溫后向其中加入與濃硫酸和磷酸的混合液相同體積的冰水，再加入雙氧水至反應體系呈亮黃色，然后以4500r/min-5500r/min的速度離心15min-30min，棄去上清液，剩余物依次用超純水和鹽酸分別洗滌3次，即得到氧化石墨烯的水溶液。

可選的，金屬有機骨架化合物的粉末由以下步驟制得：將六水合硝酸鈷和2-甲基咪唑分別溶解在甲醇溶液中，完全溶解后，將六水合硝酸鈷溶液以邊超聲邊加入的方法加入到2-甲基咪唑溶液當中，超聲20min-30min充分反應，然后依次水熱處理、離心清洗并烘干。

可選的，氧化石墨烯處理步驟包括在氧化石墨烯的水溶液中添加氨水使pH至7-8并超聲分散20min-30min得到氧化石墨烯溶液。