一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：首先制备Zn/Co‑ZIF；然后于保护气中，将亚铁盐溶液、钴盐溶液和镍盐溶液与Zn/Co‑ZIF溶液混合，再加入2‑甲基咪唑溶液，搅拌均匀后静置，抽滤洗涤干燥，获得核壳结构的Zn/Co‑ZIF@Fe/Co/Ni‑ZIF；最后将Zn/Co‑ZIF@Fe/Co/Ni‑ZIF依次在保护气中和在空气中进行煅烧，获得高功率锂离子电池负极材料。本发明专利技术以核壳结构的Zn/Co‑ZIF@Fe/Co/Ni‑ZIF为前驱体进行保护气和空气中的两步煅烧，获得高功率的锂电负极材料，制备过程简单，条件温和，适用于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法
本专利技术属于锂电池负极材料
，具体涉及一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
随着现代科学技术日新月异的发展进步和人们对便携式电子设备的使用要求，便携式电子设备的电源朝着高效化、小尺寸化、轻重量化、形状薄化和灵活多样化的趋势发展。其中，锂电池以其高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多的优势，而被广泛关注。负极材料是决定锂电池性能的关键材料之一，但是现有的石墨负极材料由于石墨规则层间距(d＝0.34)的限制，导致锂离子脱嵌速率较慢，从而影响了功率性能的发挥。同时，由于石墨理论容量(372mAh/g)交底，制作高功率锂离子电池时必须降低石墨比例、提高导电剂含量，导致电池能量密度较低。金属氧化物是一种潜在的负极材料，具有比容量高、功率性能好等优点。而金属-有机骨架材料由于具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调、拓扑结构多样化和可裁剪性等优点，成为了制备金属氧化物负极材料的良好前驱体。为了进一步提高负极材料的功率性能，学者们还会在负极材料表面通过采用溶胶凝胶法或者固相包覆法来包覆无机物，但是现有的包覆方法操作繁琐，工艺复杂，且难以形成致密的包覆层，使得其功率性能仍不能满足要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为了解决上述问题，提供一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法，通过制备核壳结构的Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF，并以其为前驱体进行保护气和空气中的两步煅烧，得到具有中空结构、孔隙结构丰富、纳米金属氧化物颗粒均匀分布的核壳结构复合金属氧化物负极材料。本专利技术所采用的技术方案是，一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备锌/钴双金属沸石咪唑酯骨架材料Zn/Co-ZIF；其中，所述Co与Zn的物质的量比为(0.1～1):1；S2、于保护气氛围中，将亚铁盐、钴盐、镍盐、2-甲基咪唑和所述S1制得的Zn/Co-ZIF分别均匀分散于第一有机溶剂中，获得相对应的有机溶液；S3、于保护气氛围中，将所述亚铁盐有机溶液、钴盐有机溶液和镍盐有机溶液与所述Zn/Co-ZIF有机溶液混合，再加入所述2-甲基咪唑有机溶液，搅拌均匀后静置，抽滤、洗涤、干燥，获得核壳结构的Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF；其中，在所述亚铁盐有机溶液、钴盐有机溶液和镍盐有机溶液与所述Zn/Co-ZIF有机溶液混合过程中，所述亚铁盐、所述钴盐和所述镍盐的物质的量比为(1～2):2:(1～3)；S4、将所述S3获得的Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF在保护气氛围中于800～1000℃下煅烧，保温1～3h后冷却，获得中间产物；S5、再将所述S4获得的中间产物在空气氛围中于300～600℃下煅烧，保温1～3h后冷却，得到煅烧产物，即为高功率锂离子电池负极材料。优选地，所述S3中亚铁盐、钴盐和镍盐的物质的量之和与所述2-甲基咪唑的物质的量的比为(1～4)：16。具体为，在所述亚铁盐有机溶液、钴盐有机溶液、镍盐有机溶液与所述Zn/Co-ZIF有机溶液以及2-甲基咪唑有机溶液混合过程中，按照亚铁盐、钴盐和镍盐的物质的量之和与所述2-甲基咪唑的物质的量的比为(1～4)：16混合，即混合溶液中亚铁盐、钴盐和镍盐的物质的量之和与2-甲基咪唑的物质的量的比为(1～4)：16；优选地，所述S3中亚铁盐、钴盐和镍盐的质量之和与所述Zn/Co-ZIF的质量比为(1～4)：2。具体为，在所述亚铁盐有机溶液、钴盐有机溶液、镍盐有机溶液与所述Zn/Co-ZIF有机溶液混合过程中，按照亚铁盐、钴盐和镍盐的质量之和与所述Zn/Co-ZIF的质量比为(1～4)：2混合，即混合溶液中亚铁盐、钴盐和镍盐的质量之和与所述Zn/Co-ZIF的质量比为(1～4)：2；优选地，所述S3中亚铁盐有机溶液的物质的量浓度为0.005～0.05mol/L，所述钴盐有机溶液的物质的量浓度为0.01～0.05mol/L，所述镍盐有机溶液的物质的量浓度为0.01～0.075mol/L，所述2-甲基咪唑有机溶液的物质的量浓度为0.1～2.8mol/L，所述Zn/Co-ZIF有机溶液的质量浓度为1～8g/L。优选地，所述S3获得的Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF中，Zn/Co-ZIF的粒径为0.1～2μm，Fe/Co/Ni-ZIF的厚度为0.1～0.5μm。优选地，所述S4中保护气为氮气、氩气中的至少一种；所述S4和所述S5中煅烧过程的升温速率为2～4℃/min。优选地，所述S1中Zn/Co-ZIF的制备过程为：将锌盐、钴盐、2-甲基咪唑分别溶于第二有机溶剂中，获得相对应的有机溶液，然后将三者混合均匀，静置，得到蔚蓝色浑浊液体，抽滤，干燥，得到蓝色粉末，即为Zn/Co-ZIF。优选地，所述锌盐和钴盐的物质的量之和与所述2-甲基咪唑的物质的量之比为(1～4)：16。优选地，所述S1和所述S2中，所述亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁，钴盐为硝酸钴或氯化钴，镍盐为氯化镍，锌盐为硝酸锌或氯化锌。优选地，所述S1和所述S2中，所述第一有机溶剂和第二有机溶剂均为甲醇、乙醇或者N，N-二甲基甲酰胺中的至少一种，所述保护气为氮气、氩气中的至少一种，所述干燥温度为60～100℃。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过制备二元金属骨架材料Zn/Co-ZIF，并将其与亚铁盐溶液、钴盐溶液、镍盐溶液以及2-甲基咪唑溶液混合反应，得到以二元Zn/Co-ZIF为内核、以三元Fe/Co/Ni-ZIF为外壳的Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF核壳结构；再以Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF为前驱体，进行保护气和空气中的两步煅烧，制备得到同时具有中空结构、丰富的孔隙结构以及纳米金属氧化物颗粒均匀分布的核壳结构复合金属氧化物负极材料；而且本专利技术的制备方法工艺过程简单，条件温和，仅通过室温下混合反应即可制备ZIF前躯体，通过两步煅烧即可制备得到金属氧护物负极材料；另外，本专利技术通过内核金属配比的调节，能够有效调控内部孔隙结构；通过金属与咪唑配比的调节，有效调控内核尺寸；并且通过改变投料质量，调节外壳包覆厚度，从而制备得到具有不同功率性能表现的负极材料。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备锌/钴双金属沸石咪唑酯骨架材料Zn/Co-ZIF；其中，所述Co与Zn的物质的量比为(0.1～1):1；S2、于保护气氛围中，将亚铁盐、钴盐、镍盐、2-甲基咪唑和所述S1制得的Zn/Co-ZIF分别均匀分散于第一有机溶剂中，获得相对应的有机溶液；S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、制备锌/钴双金属沸石咪唑酯骨架材料Zn/Co-ZIF；/n其中，所述Co与Zn的物质的量比为(0.1～1):1；/nS2、于保护气氛围中，将亚铁盐、钴盐、镍盐、2-甲基咪唑和所述S1制得的Zn/Co-ZIF分别均匀分散于第一有机溶剂中，获得相对应的有机溶液；/nS3、于保护气氛围中，将所述亚铁盐有机溶液、钴盐有机溶液和镍盐有机溶液与所述Zn/Co-ZIF有机溶液混合，再加入所述2-甲基咪唑有机溶液，搅拌均匀后静置，抽滤、洗涤、干燥，获得核壳结构的Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF；/n其中，所述亚铁盐、所述钴盐和所述镍盐的物质的量比为(1～2):2:(1～3)；/nS4、将所述S3获得的Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF在保护气氛围中于800～1000℃下煅烧，保温1～3h后冷却，获得中间产物；/nS5、再将所述S4获得的中间产物在空气氛围中于300～600℃下煅烧，保温1～3h后冷却，得到煅烧产物，即为高功率锂离子电池负极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备锌/钴双金属沸石咪唑酯骨架材料Zn/Co-ZIF；
其中，所述Co与Zn的物质的量比为(0.1～1):1；
S2、于保护气氛围中，将亚铁盐、钴盐、镍盐、2-甲基咪唑和所述S1制得的Zn/Co-ZIF分别均匀分散于第一有机溶剂中，获得相对应的有机溶液；
S3、于保护气氛围中，将所述亚铁盐有机溶液、钴盐有机溶液和镍盐有机溶液与所述Zn/Co-ZIF有机溶液混合，再加入所述2-甲基咪唑有机溶液，搅拌均匀后静置，抽滤、洗涤、干燥，获得核壳结构的Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF；
其中，所述亚铁盐、所述钴盐和所述镍盐的物质的量比为(1～2):2:(1～3)；
S4、将所述S3获得的Zn/Co-ZIF@Fe/Co/Ni-ZIF在保护气氛围中于800～1000℃下煅烧，保温1～3h后冷却，获得中间产物；
S5、再将所述S4获得的中间产物在空气氛围中于300～600℃下煅烧，保温1～3h后冷却，得到煅烧产物，即为高功率锂离子电池负极材料。


2.根据权利要求1所述的一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述S3中亚铁盐、钴盐和镍盐的物质的量之和与所述2-甲基咪唑的物质的量的比为(1～4)：16。


3.根据权利要求1所述的一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述S3中亚铁盐、钴盐和镍盐的质量之和与所述Zn/Co-ZIF的质量比为(1～4)：2。


4.根据权利要求1～3任一项所述的一种高功率锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述S3中亚铁盐有机溶液的物质的量浓度为0.005～0.05mol/L，钴盐有机溶液的物质的量浓度为0.01～0.05mol/L，镍盐有机溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩俊女，赵英杰，
申请(专利权)人：荆门市诺维英新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42