[發明專利]聚吡咯包覆多酸基金屬有機框架復合材料、負極材料、堿金屬離子電池及方法

在審

• 申請號: 202011297673.X
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112421004A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 王霞;李勁龍;韓志遠;李雪瑩
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/60;H01M10/054;H01M10/28
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 劉加

本申請實施例提供了一種聚吡咯包覆多酸基金屬有機框架復合材料、負極材料、堿金屬離子電池及方法，所述復合材料包括過渡金屬陽離子、鄰菲羅啉配體、聚氧陰離子、水分子和聚吡咯，所述復合材料的化學式為[M^m+_nz/m(1,10?phen)_x(H₂O)_y][A^n?_z]@PPy，其中，M為過渡金屬，“1,10?phen”為1,10?鄰菲羅啉，A^n?為聚氧陰離子，PPy為聚吡咯。本申請實施例提供的聚吡咯包覆多酸基金屬有機框架復合材料作為堿金屬離子電池負極具有比容量高、循環壽命長和倍率性能好的優點。

技術領域

本申請涉及堿金屬離子電池技術領域，特別是涉及一種聚吡咯包覆多酸基金屬有機框架復合材料、負極材料、堿金屬離子電池及方法。

背景技術

離子電池是一種新型高效的化學電源，具有能量密度大、循環壽命長、工作電壓高、無記憶效應、自放電小和工作溫度范圍寬等優點，是當今各種便攜式電子產品的理想化學電源，也是未來電動汽車優選動力電源，具有廣闊的應用空間和經濟價值。

離子電池通常由正極、負極和電解液組成。當對離子電池進行充電時，電池的正極上有離子生成，生成的離子經過電解液運動到負極，到達負極的離子嵌入負極中，其中嵌入負極的離子數量越多，充電容量越高；當對離子電池放電時，嵌在負極中的離子脫離，經過電解液回到正極，其中回到正極的離子越多，放電容量越高。也就是說，離子電池中負極材料的容量性能對離子電池的能量密度具有重要的影響。

多金屬氧酸鹽(polyoxometalates，POMs)是一類形狀可控、結構多變的無機金屬簇，由于活性高、選擇性好，常被用于催化、光、電、磁等多個領域,具有多電子氧化還原性能、穩定性和結構多樣性的POMs非常適合實現高容量的儲能應用。例如，[PMo₁₂O₄₀]^3-(PMo₁₂)作為鋰離子電池的負極時，在充電過程中，[PMo₁₂O₄₀]^3-中的12個Mo⁶⁺離子被還原為Mo⁴⁺，POMs形成超還原狀態，即[PMo₁₂O₄₀]^27-存儲24個電子，由于其轉移電子數多，被賦予了“電子海綿”的性質。但是，POMs的比表面積相對較低(10m²/g)，并且在電解質中的溶解度較高，導致容量大大降低，阻礙了POMs作為鋰離子電池負極材料的應用。

發明內容

本申請實施例中提供了一種聚吡咯包覆多酸基金屬有機框架復合材料、負極材料、堿金屬離子電池及方法，以利于解決現有技術中POMs作為鋰離子電池負極材料容量較低的問題。

第一方面，本申請實施例提供了一種聚吡咯包覆多酸基金屬有機框架復合材料，所述復合材料包括過渡金屬陽離子、鄰菲羅啉配體、聚氧陰離子、水分子和聚吡咯，所述復合材料的化學式為[M^m+_nz/m(1,10-phen)_x(H₂O)_y][A^n-_z]@PPy，其中，M為過渡金屬，“1,10-phen”為1,10-鄰菲羅啉，A^n-為聚氧陰離子，PPy為聚吡咯。

優選地，所述過渡金屬為Fe、Co、Ni或Cu；所述聚氧陰離子為[Mo₆O₂₀]^4-、[W₃O₁₀]^2-或[V₁₃O₃₄]^3-。

第二方面，本申請實施例提供了一種聚吡咯包覆多酸基金屬有機框架復合材料的制備方法，包括：