【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机锂离子电池型负极材料制备，具体涉及一种mof衍生的bi/c复合电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、储能材料可以存储和释放能量，同时是实现该目标的关键技术之一。锂离子电池是目前广泛应用的储能设备之一，具有高能量密度和长寿命的特点。锂离子电池由于自身优异的性能，在便携式电子设备中的得到了广泛的应用，如今也进入了电动车和电动汽车的市场。现在市场上商业化的石墨负极材料理论容量仅有372mah/g，并且伴随有容量衰减快、安全性能差等问题，在使用过程中也很难再有提升空间，负极材料是锂离子电池中的核心组成部分，影响着电池的性能和使用寿命。随着人们对功能方面的需求不断增加，研发高性能的负极材料可以提高电池容量、充放电速率和循环寿命。寻求高比容量负极材料成为当务之急。
2、为了取代石墨基负极材料，人们在过渡金属、后过渡金属和类金属中寻找替代材料进行了广泛的努力。特别是类金属和过渡金属由于其较高的理论容量和体积容量，受到了研究人员的广泛关注。在理论容量方面，例如，类金属基团材料si，其理论容量高达3579mahg-1，过渡金属基团材料sn，其理论容量为993mahg-1。除此之外，sb(660mahg-1)和ge(1624mahg-1)也具有很高的理论容量。虽然铋的理论容量(386mahg-1)低于其他过渡金属，但它的理论体积容量(3765mahcm-3)非常高，高于硅(2190mahcm-3)。这一特性对于需要在有限空间内实现高能量密度的电动汽车来说非常有效。因此，许多研究者对铋及其化合物在储能系统中的应用进
3、为了克服上述问题，尤其是提高bi基材料的电化学性能，常见的方式是引入氧空位。氧空位不仅可以提升电极材料的电导率，还可以作为活性位点。然而，由于结构的不断演变，电极在循环的过程中氧空位会逐渐减少甚至消失。因此，为活性物质构筑功能界面层(例如：碳)更加有效。例如：石墨烯复合氧化铋被证实有利于减少充放电过程中的结构坍塌，实验表明该电极在0.8a/g电流密度下循环100次后，容量为239.1mah/g。但是，这类构筑界面层的方法制备复杂，复合温度需谨慎优化。因此，设计提高bi/c负极材料的循环稳定性和倍率性能是改善其电化学性能十分必要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是要解决现有bi基复合材料的制备方法复杂，循环稳定性和倍率性能差的问题，而提供一种mof衍生的bi/c复合电极材料及其制备方法和应用。
2、一种mof衍生的bi/c复合电极材料为菱形片状且表面有颗粒；所述的菱形片状存在微孔，bi/c复合电极材料中c为非晶碳。
3、一种mof衍生的bi/c复合电极材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
4、一、制备bi-mof：
5、将h3btc溶解于meoh中，再加入bi(no3)3·5h2o，搅拌至溶液澄清透明，再转移至高压反应釜，加热进行水热反应，反应结束冷却至室温，再通过离心洗涤、干燥、收集白色沉淀，得到bi-mof；
6、二、制备bi/c复合电极材料：
7、将bi-mof在氮气气氛保护下进行高温煅烧，冷却至室温，得到mof衍生的bi/c复合电极材料。
8、一种mof衍生的bi/c复合电极材料在有机锂离子电池中应用。
9、本专利技术的原理：
10、bi/c、bi2o3电极活性物质是通过bi-mof进行热分解得到的，在氮气气氛中退火得到bi/c，在空气中煅烧得到bi2o3；金属bi导电性要优于bi2o3的导电性，bi-mof衍生得到的bi/c保持了原有的片状骨架，碳基底的存在增强了材料整体的导电性，同时孔洞的存在缩短了反应物与产物的传输路径，减轻li离子电池运行中体积膨胀和粉化问题。
11、与现有技术相比，本专利技术制备的bi/c复合电极材料表现出菱形片层结构，并且在片层结构上存在小球均匀分布在表面；经过电化学性能表征，本专利技术中的目标材料—bi/c相对于bi2o3在作为有机锂离子电池电极材料时具有以下优点：
12、①、由多孔碳构成的具有菱形片层结构的片状碳骨架不仅可以有效提高材料的导电性，同时抑制了循环过程中材料的粉碎和聚集；
13、②、呈现出的菱形片状多孔结构缩短了离子的扩散路径，并促进了电荷的快速转移；
14、③、bi/c复合电极材料中的金属铋和非晶态多孔碳二者具有协同作用，能够有效加强电化学反应动力学；
15、因此，bi/c复合电极材料在有机锂离子电池中表现出良好的循环稳定性和优异的倍率性能。
16、本专利技术的有益效果：
17、①、本专利技术采用简单的热解反应制备了具有多孔碳的bi/c复合电极材料，并通过调整退火时间获得不同的样品；
18、②、由于金属离子和有机配体之间的强配位键，由金属有机骨架衍生得到的多孔碳基底即能够增强活性物质的导电性能，又能够缩短物质传输距离，从而提高活性物质的电化学转换效率。此外，多孔碳也能有效的缓解活性物质在电池运行过程中产生的体积膨胀，进一步延长电极材料的使用寿命；
19、③、以本专利技术中制备的bi/c复合电极材料制备的有机锂离子电池具有良好的循环稳定性和优异的倍率性能。
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1.一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料，其特征在于一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料为菱形片状且表面有颗粒；所述的菱形片状存在微孔，Bi/C复合电极材料中C为非晶碳。
2.如权利要求1所述的一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：
3.根据权利要求2所述的一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的H3BTC、Bi(NO3)3·5H2O和MeOH的质量体积比为(500mg～1000mg):150mg:(50mL～70mL)。
4.根据权利要求3所述的一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的H3BTC、Bi(NO3)3·5H2O和MeOH的质量体积比为750mg:150mg:60mL。
5.根据权利要求2所述的一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的水热反应的温度为100℃～150℃，水热反应的时间为8h～16h；步骤二中所述的高温煅烧的温度为700℃～900℃，高温煅烧的时间为0.5h
6.根据权利要求5所述的一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的水热反应的温度为120℃，水热反应的时间为12h；步骤二中所述的高温煅烧的温度为700℃，高温煅烧的时间为1.5h。
7.如权利要求1所述的制备方法制备的一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料的应用，其特征在于一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料在有机锂离子电池中应用。
8.根据权利要求7所述的一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料的应用，其特征在于一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料在有机锂离子电池中应用，具体过程如下：
9.根据权利要求8所述的一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料的应用，其特征在于步骤一中所述的MOF衍生的Bi/C复合电极材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮的质量体积比为350mg:100mg:50mg:200μL；步骤一中所述的真空干燥的温度为60℃，真空干燥的时间为12h。
10.根据权利要求8所述的一种MOF衍生的Bi/C复合电极材料的应用，其特征在于步骤一中所述的电极片中MOF衍生的Bi/C复合电极材料的活性物质含量为2.5mg～3.5mg。
...【技术特征摘要】
1.一种mof衍生的bi/c复合电极材料，其特征在于一种mof衍生的bi/c复合电极材料为菱形片状且表面有颗粒；所述的菱形片状存在微孔，bi/c复合电极材料中c为非晶碳。
2.如权利要求1所述的一种mof衍生的bi/c复合电极材料的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：
3.根据权利要求2所述的一种mof衍生的bi/c复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的h3btc、bi(no3)3·5h2o和meoh的质量体积比为(500mg～1000mg):150mg:(50ml～70ml)。
4.根据权利要求3所述的一种mof衍生的bi/c复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的h3btc、bi(no3)3·5h2o和meoh的质量体积比为750mg:150mg:60ml。
5.根据权利要求2所述的一种mof衍生的bi/c复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的水热反应的温度为100℃～150℃，水热反应的时间为8h～16h；步骤二中所述的高温煅烧的温度为700℃～900℃，高温煅烧的时间为0.5h～2.5h。
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【专利技术属性】
技术研发人员：程伟东，赵梦媛，吴昭君，王欣，刘欢颜，陈祥，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：
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