[發明專利]一種金屬有機框架材料及其制備和其在電極材料中的應用

有效

• 申請號: 202211140346.2
• 申請日: 2022-09-20
• 公開（公告）號: CN115232326B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 趙禮義;曹宇;李丹
• 申請（專利權）人: 吉林中科研伸科技有限公司
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;H01M4/60;H01M10/052
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 姜歡歡

一種金屬有機框架材料及其制備和其在電極材料中的應用。本發明屬于鋰硫電池正極材料領域。本發明的目的是為了解決目前現有應用于鋰硫電池中的金屬有機框架材料電荷轉移能力較弱、比容量不高以及循環穩定性差的技術問題。本發明的金屬有機框架材料為MOF?ET8，化學式為[Zr₂(L)₃]，其中L為有機配體C₂₂H₂₀N₂O₆。本發明的金屬有機框架材料用于制備應用于鋰硫電池的電極材料。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池正極材料領域，具體涉及一種金屬有機框架材料及其制備和其在電極材料中的應用。

背景技術

近年來，傳統燃油汽車正在被新能源汽車一步一步的“替代”。而作為新能源汽車的動力來源，電池性能的好壞直接關系到汽車行駛的里程長短和續航能力，也是決定新能源汽車在未來能否夠取代傳統燃油車的關鍵。但是目前被廣泛應用于新能源汽車的三元鋰電池，其能量密度已經接近理論極限，磷酸鐵鋰電池體系續航能力又比較差，所以迫切需要新的電池體系。作為新一代電池技術的重要組成部分，鋰硫電池能量密度更高，續航能力更強，資源更豐富，受到了科研界及產業界的廣泛關注。

鋰硫電池利用硫元素作為電池的正極，金屬鋰作為電池的負極，是有效實現電能和化學能互相轉化的一類電池體系。利用硫作為正極材料的鋰硫電池重量輕，可提高電池整體的能量密度；另外單質硫儲量豐富，對環境友好，能實現大規模生產，因此鋰硫電池被認為是新能源汽車電池中的最有競爭力的候選者。但目前鋰硫電池仍面臨一些尚未解決的問題，例如容量的利用率較低、存在穿梭效應。因此，聚焦解決鋰硫電池多硫化物的穿梭效應、提高容量的利用率是該研究領域面臨的重要課題。

金屬有機框架材料（Metal Organic Frameworks，MOFs）是由金屬離子和有機配體高度有序地連接而成的多孔材料，在氣體儲存、生物醫學、催化等領域具有廣泛的應用前景。其孔徑可調性、化學活性位點可設計以及高孔隙率的特性使其在限制多硫化物的穿梭方面具有極大的潛力。然而現有應用于鋰硫電池中的金屬有機框架材料（Metal OrganicFrameworks，MOFs）仍存在電荷轉移能力較弱、比容量不高以及循環穩定性差等技術問題亟待解決。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前現有應用于鋰硫電池中的金屬有機框架材料電荷轉移能力較弱、比容量不高以及循環穩定性差的技術問題，而提供了一種金屬有機框架材料及其制備和其在電極材料中的應用。

本發明的目的之一在于提供一種金屬有機框架材料，該金屬有機框架材料為MOF-ET8，化學式為[Zr₂(L)₃]，其中L為有機配體C₂₂H₂₀N₂O₆。

進一步限定，有機配體的結構為：。

本發明的目的之二在于提供一種有機配體的制備方法，該制備方法按以下步驟進行：

S1：在-78℃下，向正己烷中依次加入正丁基鋰、1,5-二溴-2,4-二甲氧基苯、四氫呋喃，加熱至0℃，并在0℃下攪拌12h，再冷卻至-78℃，加入硼酸三甲酯，加熱至25℃，并在25℃下攪拌18h，再加入鹽酸，在25℃下攪拌0.5h，洗滌、干燥，得到中間體1；

S2：依次向水/二氧六環的混合溶液中加入中間體1、2-氨基-4-溴苯甲酸甲酯、氟化銫、二氯化鈀，在氬氣保護下加熱攪拌回流24h，冷卻至25℃，加入二氯甲烷靜置分層，洗滌、干燥，有機相旋干，最后以二氯甲烷/乙酸乙酯為洗脫劑進行硅膠柱層析，得到中間體2；

S3：將中間體2、四氫呋喃、甲醇和氫氧化鈉溶液混合，加熱回流攪拌24h，冷卻至25℃后將有機相旋干，然后將pH值調節至5，離心后水洗沉淀，最后真空干燥，得到有機配體。