一种负极材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体涉及一种负极材料的制备方法及其应用。本发明专利技术提供的负极材料的制备方法，包括如下步骤：将萘四甲酸二酐、氨基水杨酸溶于第一溶剂中，加热反应，得到配体产物；将配体产物、金属盐溶于第二溶剂中，加热反应，得到金属MOF产物；将金属MOF产物、氧化石墨溶于第三溶剂中，加热反应，得到所述负极材料。本发明专利技术提供的制备方法制备的负极材料能够良好的缓解充放电过程中的体积膨胀现象，同时氧化石墨的引入能够有效地提高电极材料的导电性，MOF的多孔结构能够为锂离子传输提高通道，进而表现出优异的电化学性能和循环性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种负极材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]由于传统化石燃料的持续消耗和全球性环境问题，人们越来越关注于开发可持续清洁能源。二次电池得益于其高能量转换效率和便携性，已成为最有前途的储能设备之一。其中，锂离子电池具有高能量密度，低自放电率，长循环寿命和质量轻等优点，因此被广泛应用在汽车、电动工具、储能等领域。
[0003]商业化的锂离子电池由正极材料，负极材料，隔膜和电解液组成。常用的负极材料为石墨，其具有稳定的结构，良好的导电性和安全性能。但是，石墨的理论比容量只有372mAh/g，其固态电子扩散能力较差，不能满足人们未来对高功率和高能量密度电池的需求。现有硅基、镍基等MOF材料作为锂离子电池负极材料时虽然表现出较高的理论比容量，但其在循环过程中存在导电性差以及严重的体积膨胀现象，从而大大限制了其循环性能，影响此类材料的实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中金属MOF材料在循环过程中存在导电性差以及严重的体积膨胀现象，进而限制其循环性能的缺陷，进而提供一种负极材料的制备方法及其应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]1)将萘四甲酸二酐、氨基水杨酸溶于第一溶剂中，加热反应，得到配体产物；
[0008]2)将配体产物、金属盐溶于第二溶剂中，加热反应，得到金属MOF产物；
[0009]3)将金属MOF产物、氧化石墨溶于第三溶剂中，加热反应，得到所述负极材料。
[0010]优选的，步骤1)中，萘四甲酸二酐和氨基水杨酸的摩尔比为1：(1.1
‑
2)，加热反应温度为120
‑
150℃，加热反应时间为12
‑
48h；
[0011]步骤2)中，配体产物、金属盐的摩尔比为1：(2
‑
2.5)，加热反应温度为120
‑
150℃，加热反应时间为24
‑
48h；
[0012]步骤3)中，氧化石墨的加入量为金属MOF产物质量的0.1
‑
50％，加热反应温度为150
‑
180℃，加热反应时间为12
‑
48h。
[0013]优选的，步骤2)中加热反应结束后还包括对反应液进行过滤、洗涤和冻干的步骤；
[0014]步骤3)中加热反应结束后还包括对反应液进行过滤、洗涤和冻干的步骤。
[0015]优选的，步骤2)中所述洗涤步骤采用N，N
‑
二甲基甲酰胺、乙醇和水依次进行洗涤，所述冻干温度为
‑
30―
‑
40℃，冻干时间为24
‑
48h。
[0016]步骤3)中所述洗涤步骤采用去离子水进行洗涤，所述冻干温度为
‑
30―
‑
40℃，冻干时间为24
‑
48h。
[0017]优选的，步骤1)中加热反应结束后还包括对反应液进行过滤、洗涤和干燥的步骤。
[0018]优选的，步骤1)中所述洗涤步骤采用N，N
‑
二甲基甲酰胺、乙醚、甲醇依次进行洗涤，所述干燥为真空干燥，干燥温度为80
‑
100℃，干燥时间为24
‑
48h。
[0019]优选的，步骤1)中所述加热反应在氮气或惰性气体的保护下进行；还包括对配体产物进行纯化的步骤。优选的，采用盐酸对配体产物进行纯化，可选的，盐酸的浓度为1
‑
3mol/L。
[0020]优选的，所述第一溶剂和第二溶剂均为N，N
‑
二甲基甲酰胺，第三溶剂为水；
[0021]所述金属盐为金属硝酸盐，选自硝酸铜、硝酸镍、硝酸钴中的至少一种。
[0022]本专利技术所述萘四甲酸二酐为1,4,5,8
‑
萘四甲酸酐，所述氨基水杨酸可为对氨基水杨酸或3
‑
氨基水杨酸。
[0023]优选的，步骤1)中萘四甲酸二酐、氨基水杨酸加入第一溶剂后，为了保证分散均匀，还包括对混合液进行超声分散的步骤，可选的，所述超声功率为120W
‑
180W，超声时间为30
‑
60min，本专利技术不对第一溶剂的用量做具体限定，只要能使萘四甲酸二酐、氨基水杨酸较好溶解分散即可。可选的，第一溶剂的加入量20
‑
40mL。
[0024]优选的，步骤2)中配体产物、金属盐加入第二溶剂后，为了保证分散均匀，还包括对混合液进行超声分散的步骤，可选的，所述超声功率为120W
‑
180W，超声时间为30
‑
60min，本专利技术不对第二溶剂的用量做具体限定，只要能使配体产物、金属盐较好溶解分散即可。可选的，第二溶剂的加入量为8
‑
15mL。
[0025]优选的，步骤3)中金属MOF产物、氧化石墨加入第三溶剂后，为了保证分散均匀，还包括对混合液进行超声分散的步骤，可选的，所述超声功率为120W
‑
180W，超声时间为30
‑
60min，本专利技术不对第三溶剂的用量做具体限定，只要能使金属MOF产物、氧化石墨较好溶解分散即可。可选的，第三溶剂的加入量为10
‑
15mL。
[0026]本专利技术还提供一种负极片，所述负极片包括集流体以及集流体上的负极材料，所述负极材料由上述所述的制备方法制备得到。
[0027]本专利技术还提供一种锂离子电池，包括正极片和负极片，所述负极片为上述所述的负极片。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]1、本专利技术提供的负极材料的制备方法，通过将萘四甲酸二酐、氨基水杨酸加热反应形成特定的接枝配体结构(该接枝配体结构保留了氨基水杨酸的羟基和羧基官能团能够很好地与金属离子进行络合)，然后将该特定配体与金属盐进行复配，获得的金属MOF产物进一步与氧化石墨进行反应，得到的复合材料具有丰富的孔结构和较大比表面积，作为负极材料时能够良好的缓解充放电过程中的体积膨胀现象。同时氧化石墨的引入能够有效地提高电极材料的导电性，MOF的多孔结构能够为锂离子传输提高通道，进而表现出优异的电化学性能和循环性能。
[0030]本专利技术提供的制备方法制备的负极材料通过特定配体与金属盐进行复配，然后再与氧化石墨进行复配，所得电极材料具有良好的导电性和多孔结构，能够为锂离子提供大量的活性位点，作为锂离子电池负极材料时表现出优异的电化学性能和循环性能。
[0031]2、本专利技术提供的负极材料的制备方法，进一步的，步骤2)和步骤3)中采用冻干法对产物进行冻干能够更好的稳定住MOF结构，使其保持丰富的孔结构和较大比表面积，作为
电极材料时更利于缓解充放电过程中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将萘四甲酸二酐、氨基水杨酸溶于第一溶剂中，加热反应，得到配体产物；2)将配体产物、金属盐溶于第二溶剂中，加热反应，得到金属MOF产物；3)将金属MOF产物、氧化石墨溶于第三溶剂中，加热反应，得到所述负极材料。2.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，萘四甲酸二酐和氨基水杨酸的摩尔比为1：(1.1
‑
2)，加热反应温度为120
‑
150℃，加热反应时间为12
‑
48h；步骤2)中，配体产物、金属盐的质量比为1：(2
‑
2.5)，加热反应温度为120
‑
150℃，加热反应时间为24
‑
48h；步骤3)中，氧化石墨的加入量为金属MOF产物质量的0.1
‑
50％，加热反应温度为150
‑
180℃，加热反应时间为12
‑
48h。3.根据权利要求1或2所述的负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中加热反应结束后还包括对反应液进行过滤、洗涤和冻干的步骤；步骤3)中加热反应结束后还包括对反应液进行过滤、洗涤和冻干的步骤。4.根据权利要求3所述的负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述洗涤步骤采用N，N
‑
二甲基甲酰胺、乙醇和水依次进行洗涤，所述冻干温度为
‑
30℃―

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，尹海旭，崔亚锋，刘道淦，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：