[發明專利]一種茜素類MOF/石墨烯復合電極材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202110146873.3
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN113036124A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 司江菊;孫寧波;王俊麗;崔夢冰;劉豪杰;白珮東;楊杰;陳改榮
• 申請（專利權）人: 新鄉學院
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/62;H01M4/137;H01M10/0525;C08G83/00
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 鮑麗偉

本發明提供了一種茜素類MOF/石墨烯復合電極材料、其制備方法及應用。所述制備方法包括：將金屬鹽水溶液加入茜素及其衍生物有機配體溶液中攪拌，得到MOF溶液；將石墨烯分散于所述MOF溶液中，利用溶劑熱法，反應得到茜素類MOF/石墨烯復合電極材料。本發明以茜素及其衍生物作為有機配體，與具有電化學活性的過渡金屬離子配位形成MOFs，利用有機配體中的蒽醌羰基、酚羥基和金屬離子的多活性中心，得到多孔、高比表面的MOFs材料，通過與石墨烯的復合，進一步提高電極材料的電導率。將電極材料用于鋰離子電池中，電極材料中過渡金屬與有機配體均參與到電化學反應中，從而提高電極材料的充放電容量。另外，本發明制備方法簡單便捷、成本低，制備過程可控。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體而言，涉及一種茜素類MOF/石墨烯復合電極材料、其制備方法及應用。

背景技術

鋰離子電池具有儲能密度高、循環壽命長、自放電小、環境兼容性強等優點，在過去幾十年內得到迅猛發展，已廣泛應用于便捷式電子產品和動力電源。有機的電極材料因其低廉的成本、環境友好、高的能量/功率密度、良好的結構設計性等優點，成為未來綠色和可持續鋰離子電池電極材料的重要后備力量。其中，金屬有機骨架(MOFs)作為一類由有機連接體和金屬節點構成的新型多孔配位聚合物，由于其具有剛性和延伸性，在有機電解質中不易溶解，離子傳輸速度快，因而在有機鋰離子電池電極材料領域受到越來越多的關注。然而，大多數的MOFs材料導電能力差，分子結構中的有機配體不具有氧化還原活性，甚至僅充當金屬氧化物或其他金屬/碳基納米材料的前驅體，嚴重限制了MOFs在有機鋰離子電池電極材料中的應用。

發明內容

本發明解決的問題是現有MOFs材料導電能力差，有機配體不具有氧化還原活性，限制了其在鋰離子電池有機電極材料中的應用。

為解決上述問題，本發明提供一種茜素類MOF/石墨烯復合電極材料的制備方法，包括：將金屬鹽水溶液加入茜素及其衍生物有機配體溶液中攪拌，得到MOF溶液；將石墨烯分散于所述MOF溶液中，利用溶劑熱法，反應得到茜素類MOF/石墨烯復合電極材料。

較佳地，所述茜素及其衍生物有機配體包括茜素、茜素紅S、茜素氟藍及各自混合物中的一種。

較佳地，所述金屬鹽包括四水乙酸鐵、四水乙酸亞鐵、四水乙酸鈷、四水乙酸鎳、四水乙酸錳、九水硝酸鐵、九水硝酸亞鐵、九水硝酸鈷、九水硝酸鎳及四水硝酸錳中的一種或多種。

較佳地，所述石墨烯與所述茜素及其衍生物有機配體的質量比為1:2-1：20。

較佳地，所述MOF溶液中，所述金屬鹽與所述茜素及其衍生物有機配體的摩爾比為1:1。

較佳地，所述溶劑熱法的溶劑為甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺及水中的一種或多種，反應溫度為80-120℃，反應時間為6-24h。

本發明還提供一種茜素類MOF/石墨烯復合電極材料，根據上述茜素類MOF/石墨烯復合電極材料的制備方法制備。

本發明還提供一種茜素類MOF/石墨烯復合電極材料的應用，將茜素類MOF/石墨烯復合電極材料應用于鋰離子電池正極。使用方法為：將茜素類MOF/石墨烯復合電極材料與粘結劑按一定質量比經均勻混合涂覆在集流體上，真空干燥后得到鋰離子電池正極，其中，涂覆厚度為50-100μm，所述茜素類MOF/石墨烯復合電極材料與所述粘結劑的質量比為9:1，所述粘結劑包括聚偏氟乙烯，所述集流體為鋁箔。

本發明相較于現有技術產生的有益效果如下：

本發明以茜素及其衍生物作為有機配體，與具有電化學活性的過渡金屬離子配位形成MOFs，利用有機配體中的蒽醌羰基、酚羥基和金屬離子的多活性中心，得到多孔、高比表面的MOFs材料，通過與石墨烯的復合，進一步提高電極材料的電導率。將電極材料用于鋰離子電池中，電極材料中過渡金屬與有機配體均參與到電化學反應中，從而提高電極材料的充放電容量。另外，本發明制備方法簡單便捷、成本低，制備過程可控。