一种二维双金属有机框架/纳米锑复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种二维双金属有机框架/纳米锑复合材料及其制备方法和应用，属于锂离子动力电池电极材料制备技术领域，将对苯二甲酸、六水合氯化钴、六水合氯化镍和锑纳米片加入到N,N

【技术实现步骤摘要】
一种二维双金属有机框架/纳米锑复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子动力电池电极材料制备
，尤其涉及一种二维双金属有机框架/纳米锑复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于可再生能源和电动汽车的使用越来越多，储能技术的发展至关重要。锂离子电池被广泛地应用在各种各样的储能设备中，如电动汽车、大型储能系统等。目前，石墨仍然是被最广泛使用的商用负极材料。但是其比容量较低，仅为372mAh g
‑1，不能满足持续增长的能量密度需求。因此，开发探索高比容量的新型负极材料一直是研究的关键内容。
[0003]由于具有较高的理论容量，基于合金化储锂机制的合金类材料被认为是一种非常有前景的负极材料。其中，金属锑受到了研究人员的广泛关注，因为其具有660mAh g
‑1的高理论比容量，合适的放电电位(0.8V vs.Li
+
/Li)以及较为平稳的电压平台。然而，锑作为负极材料时严重的容量衰减限制了其在商业中的进一步应用，造成这种问题的原因在于充放电时锂离子在脱嵌过程中会引起锑产生较大的体积变化，从而导致电极的粉化及性能的衰减。
[0004]目前，解决上述问题的主要方法有两种，一种是将锑设计成各种不同的纳米结构，但由于方法的局限性，对于性能的提升十分有限；另一种是将锑与碳材料复合。但是碳材料的理论容量很低，因此将锑与碳材料复合会大大降低复合材料整体可以达到的容量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维双金属有机框架/纳米锑复合材料及其制备方法和应用。本方法采用简单的液相剥离法得到纳米锑结构，随后基于原位生长的方法，于超声合成镍钴双金属有机框架过程中引入纳米锑得到Sb/Ni
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Co
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BDC。获得的Sb/Ni
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Co
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BDC，针对金属锑材料结构稳定性有限，循环中电极易粉化的缺点。
[0006]本专利技术采用以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术提供一种二维双金属有机框架/纳米锑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将对苯二甲酸、六水合氯化钴、六水合氯化镍和锑纳米片加入到N,N
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二甲基甲酰胺、去离子水和乙醇配制成的混合溶液中；
[0009](2)待溶解后，注入三乙胺并搅拌，出现浅灰色沉淀物后将容器密闭，持续超声处理，之后反应体系经过多次离心和乙醇洗涤，并在室温下干燥后获得产物二维双金属有机框架/纳米锑复合材料Sb/Ni
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Co
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BDC
[0010]进一步改进在于，所述步骤(1)中混合溶液中N,N
‑
二甲基甲酰胺、去离子水和乙醇的体积比为(10
‑
18)：1：1。
[0011]进一步改进在于，所述步骤(1)中对苯二甲酸、六水合氯化钴、六水合氯化镍和锑
纳米片的质量比为2：2：1：2。
[0012]进一步改进在于，所述锑纳米片的制备方法如下：
[0013](1)将商用锑粉分散到的乙醇中，摩尔浓度为0.01～0.03M，随后将分散液置于超声仪中，超声频率40kHz，连续超声6～9h；
[0014](2)将超声处理后的分散液使用离心机在800～1500rpm下离心10～15分钟后取上层液体；将上述上层液体再次使用离心机在6000～7000rpm下离心10～15分钟后取沉淀物，干燥后得到液相剥离的锑纳米片。
[0015]进一步改进在于，所述步骤(2)中持续超声处理5～8h，超声频率40kHz。
[0016]本专利技术提供一种利用上述制备方法制备获得的二维双金属有机框架/纳米锑复合材料Sb/Ni
‑
Co
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BDC。
[0017]本专利技术提供一种锂电池电极材料，由以下步骤制备获得：
[0018](1)将上述复合材料Sb/Ni
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Co
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BDC、乙炔黑、聚偏二氟乙烯PVDF以8:1:1的质量比混合均匀，然后将混合物中加入N
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甲基吡咯烷酮，并超声分散，得到胶状黑色液体；用高速内旋式匀浆机分散浆液，每次一分钟重复5～7次，得到均一的Sb/Ni
‑
Co
‑
BDC黑色胶状浆料；
[0019](2)将所述黑色胶状浆料均匀的涂布在铜箔集流体上，置于真空烘箱中干燥，温度设定为80～60℃，干燥时间为12～24h；获得Sb/Ni
‑
Co
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BDC锂电池电极材料。
[0020]本专利技术所述的一种二维双金属有机框架/纳米锑复合材料的制备方法的用途，采用原位复合的策略，在Ni
‑
Co
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BDC的合成过程中引入液相剥离得到的纳米锑以得到两者的复合材料，不仅能够利用Ni
‑
Co
‑
BDC本身就具有丰富储锂活性位点的特性，达到增加氧化还原活性位点的目的，而且能够通过Ni
‑
Co
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BDC对于纳米锑的包覆进一步提升材料的结构稳定性，得到显著提升的电化学性能。
[0021]本专利技术的二维镍钴双金属有机框架/纳米锑复合材料(Sb/Ni
‑
Co
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BDC)相比于单纯的金属锑材料具有更好的结构稳定性以及丰富的氧化还原活性位点，可以实现材料储锂性能的进一步提升。同时该材料制备工艺过程较为简便，对设备要求较低，具有良好的前景。
附图说明
[0022]图1为Sb和Sb/Ni
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Co
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BDC的X射线衍射谱图(XRD)。
[0023]图2a,b分别为Sb和Sb/Ni
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Co
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BDC的扫描电镜照片(SEM)。
[0024]图3为Sb/Ni
‑
Co
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BDC的能量色散光谱图(EDS)。
[0025]图4为Sb和Sb/Ni
‑
Co
‑
BDC的电化学循环性能图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术，
[0027]1、材料
[0028]本实施例所用方法如无特别说明均为本领域的技术人员所知晓的常规方法，所用的试剂等材料，如无特别说明，均为市售购买产品。
[0029]2、方法
[0030]2.1锑纳米片的制备
[0031]将商用锑粉分散到一定体积的乙醇中(摩尔浓度为0.01～0.03M)，随后将分散液置于超声仪中，超声频率40kHz，连续超声6～9h，将超声处理后的分散液使用离心机在800～1500rpm下离心10～15分钟后取上层液体。
[0032]将上述上层液体再次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维双金属有机框架/纳米锑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将对苯二甲酸、六水合氯化钴、六水合氯化镍和锑纳米片加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺、去离子水和乙醇配制成的混合溶液中；(2)待溶解后，注入三乙胺并搅拌，出现浅灰色沉淀物后将容器密闭，持续超声处理，之后反应体系经过多次离心和乙醇洗涤，并在室温下干燥后获得产物二维双金属有机框架/纳米锑复合材料Sb/Ni
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Co
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BDC。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合溶液中N,N
‑
二甲基甲酰胺、去离子水和乙醇的体积比为(10
‑
18)：1：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中对苯二甲酸、六水合氯化钴、六水合氯化镍和锑纳米片的质量比为2：2：1：2。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锑纳米片的制备方法如下：(1)将商用锑粉分散到的乙醇中，摩尔浓度为0.01～0.03M，随后将分散液置于超声仪中，超声频率40kHz，连续超声6～9h；(2)将超声处理后的分散液使用离心机在800～1500rpm下离心10～15分钟后取上层液体；将上述上...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹晓杰，韩阳，刘叶峰，祁佳澳，梅艳，李萍，吴庆国，詹正梁，尤瑞宇，杨宇凡，
申请(专利权)人：巢湖学院，
类型：发明
国别省市：