[發(fā)明專(zhuān)利]一種新型鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010764821.8
• 申請(qǐng)日: 2020-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111933933A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仰永軍;覃鈺
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東凱金新能源科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/60
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/60;H01M4/62;H01M10/0525;C08G83/00
• 代理公司: 東莞市啟信展華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44579
• 代理人: 馮蓉

本發(fā)明公開(kāi)了一種新型鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，其設(shè)計(jì)思路為：采用一步法合成S摻雜的ZIF?67，然后將S摻雜的ZIF?67與氧化石墨烯粉體在惰性氣體下共同碳化，形成了基于ZIF?67的外層具有碳骨架保護(hù)層的納米多面體狀的復(fù)合材料，并將之用于鋰離子電池負(fù)極。本發(fā)明的方法步驟簡(jiǎn)單，不需要昂貴的反應(yīng)儀器，制得的鋰離子電池的能量密度高，循環(huán)性能好，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明隸屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因具有能量密度高、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、一級(jí)安全無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)成為最受關(guān)注的高性能蓄電池之一，被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品中。目前商用的鋰離子電池負(fù)極材料主要是人造石墨和天然石墨材料。由于石墨材料的理論比容量?jī)H為372mAh·g^-1，因而無(wú)法滿(mǎn)足日益上升的鋰離子電池能量密度需求。探索新一代的鋰離子電池高性能負(fù)極材料成為必然。

金屬-有機(jī)框架材料(Metal-OrangicFrameworks,MOFs)是一類(lèi)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料，由有機(jī)配體和無(wú)機(jī)金屬單元構(gòu)建而成。一般具有多變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及物理化學(xué)性質(zhì)。MOFs在氣體吸附、藥物緩釋、發(fā)光及催化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其催化性能的調(diào)控是目前非常熱門(mén)的研究方向，對(duì)催化化學(xué)的發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用。

ZIF-67是一種典型的金屬-有機(jī)框架材料。其典型的制備方法為ZIF67的典型制備方法是：用六水合硝酸鈷的水溶液和二甲基咪唑的水溶液混合制成。圍繞ZIF-67，許多研究工作者對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)并將之用于各種電化學(xué)反應(yīng)的電極中。例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN110797206A公開(kāi)了一種Co-Mn-S復(fù)合材料及其制備方法并將之應(yīng)用于超級(jí)電容器中，可達(dá)到2397F·g^-1的比電容。中國(guó)專(zhuān)利CN108374179B公開(kāi)了一種鐵摻雜二硒化鈷復(fù)合碳摻雜炭材料的制備方法并將之用于電化學(xué)分解水產(chǎn)氫的工業(yè)應(yīng)用，具有制氫過(guò)電勢(shì)低、制氫Tafel斜率低等優(yōu)點(diǎn)。雖然現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)ZIF-67進(jìn)行了改進(jìn)并取得良好的技術(shù)效果，但將其用于鋰離子電池負(fù)極領(lǐng)域的還比較少，且上述改進(jìn)步驟多，操作復(fù)雜，需要用到水熱反應(yīng)器等使用成本較高的設(shè)備，還會(huì)用到硫代乙酰胺(2B類(lèi)致癌物質(zhì))等有毒物質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于ZIF-67，旨在探索一種新型鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟

步驟一：將鈷鹽溶于溶劑中，形成溶液A；將2-甲基咪唑和硫源共溶于溶劑中，形成溶液B；

步驟二：在攪拌的條件下，將溶液A緩慢地滴加到溶液B中，形成混合溶液C，繼續(xù)攪拌0.5～10h；靜置1～48h后，將混合溶液C中的沉淀物離心洗滌、干燥后得到S-ZIF-67前驅(qū)體；

步驟三:將S-ZIF-67前驅(qū)體與氧化石墨烯粉充分混合后，移至管式爐中在惰性氣體的保護(hù)下加熱保溫1～12h，升溫速率為1～20℃/min，保溫溫度為800～1200℃，得到新型鋰離子電池負(fù)極材料。

作為本發(fā)明改進(jìn)的技術(shù)方案，步驟一中，所述鈷鹽為硝酸鈷、醋酸鈷、硫酸鈷中的一種；所述硫源為硫脲、硫代硫酸鈉中的一種；所述溶劑為水和/或醇，所述醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的一種。

作為本發(fā)明改進(jìn)的技術(shù)方案，步驟一中，所述鈷鹽的濃度為0.01～1mol/L，所述2-甲基咪唑的濃度為0.01～4mol/L，所述硫源的濃度為0.01～3mol/L。

作為本發(fā)明改進(jìn)的技術(shù)方案，步驟二中，所述攪拌速率為60～1000rpm。