[發明專利]一種金屬有機框架MOF-808膜基功能性夾層材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202011561166.2
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112688021B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 吳飛超;王鑫瑤;鄭少寧
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/46;H01M50/411;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/052
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種金屬有機框架MOF?808膜基功能性夾層材料的制備方法及應用。該方法包括如下步驟：將八水合氧氯化鋯和均苯三甲酸溶于去離子水中，常溫下磁力攪拌30?60min，然后加入三氟乙酸，超聲30?60min得到合成液；然后將碳納米管(CNT)薄膜圓片垂直浸沒于上述合成液中，110?130℃生長3?5h，得到MOF?808/CNT膜。本發明得到的MOF?808/CNT膜夾層材料操作簡單，易于放大，適合工業化生產；用于鋰硫電池中正極與隔膜之間的夾層材料，可以顯著提高鋰硫電池性能，其可逆容量可達到1292mAh g^?1，且循環性能穩定。

技術領域

本發明的技術方案涉一種金屬有機框架MOF-808膜基夾層材料的制備方法及應用，屬于鋰硫電池技術領域。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭，開發新型可再生清潔能源成為人們關注的焦點。以單質硫或含硫化合物為正極、金屬鋰為負極的鋰硫二次電池(簡稱鋰硫電池)具有超高的理論比容量(1675mAh g^-1)和能量密度(2600Wh kg^-1)，遠超現在的鋰離子電池。此外，其正極材料硫無毒，成本低廉。因此，鋰硫電池被認為是最有發展潛力的下一代儲能電池，具有廣闊的應用前景。

然而，當前鋰硫電池的商業化應用仍面臨多個技術難題，如硫的絕緣性、體積膨脹、多硫化物的“穿梭效應”等。其中，充放電過程中，正極產生的多硫化物(S_n^2-，2≤n≤8)易溶解于電解液，并在電勢差和化學勢差的共同作用下穿過隔膜向負極擴散，并與負極金屬鋰發生反應，引起穿梭效應，不僅會引起電池電極材料的不可逆損失，還會造成充放電過程中體積膨脹效應以及電池性能及壽命的衰減，成為阻礙鋰硫電池商業化應用的主要技術瓶頸。

為了解決上述問題，在正極和隔膜之間引入功能性夾層材料可以起到多硫化物阻隔層的作用，阻止多硫化物的擴散出正極區域，從而可以提高活性物質利用率，提高電池的電化學性能，是抑制多硫化物穿梭效應的有效策略和研究熱點。這些功能性夾層材料一般是基于多孔材料構筑。尤其是，金屬有機框架(Metal organic Frameworks，MOFs)材料因具有孔道規則、比表面積大，可修飾性良好等特點，作為鋰硫電池夾層材料具有獨特的優勢。當前研究主要利用ZIF-8、ZIF-67、MIL-125(Ti)等MOFs或其衍生材料對多硫化物的吸附或催化轉化，設計鋰硫電池功能性夾層材料。由于MOFs材料吸附或催化位點有限，對穿梭效應的抑制存在一定的上限。此外，為了增加導電性，一般需要對MOFs進行高溫碳化，這會破壞MOFs材料的活性金屬位點和多孔結構，降低其對多硫化物的束縛能力。因此，如何根據MOFs材料的特點設計基于原始MOFs的鋰硫電池夾層材料對于抑制穿梭效應，提高鋰硫電池性能具有重要意義。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的不足，提出一種金屬有機框架MOF-808膜基功能性夾層材料的制備方法及應用。該方法使用碳納米管(CNT)薄膜作為基底材料，通過原位溶劑熱法在基底材料上制備MOF-808膜。本發明得到的MOF-808/CNT膜夾層材料可以顯著提高鋰硫電池性能，其可逆容量可達到1292mAh g^-1，且循環性能穩定。

本發明的技術方案為：

一種金屬有機框架MOF-808膜基功能性夾層材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

將八水合氧氯化鋯和均苯三甲酸溶于去離子水中，常溫下磁力攪拌30-60min，然后加入三氟乙酸，超聲30-60min得到合成液；然后將CNT薄膜圓片垂直浸沒于上述合成液中，110-130℃生長3-5h，得到MOF-808/CNT膜；

其中，合成液中物料的摩爾比為，八水合氧氯化鋯：均苯三甲酸：三氟乙酸：水＝(2-3):1:(60-70):(500-600)；

所述的金屬有機框架MOF-808/CNT膜的應用，用于鋰硫電池中正極與隔膜之間的夾層材料。