一种容量自激活的MIL-100(Fe)锂离子电池负极材料及其合成工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种容量自激活的MIL

【技术实现步骤摘要】
一种容量自激活的MIL
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100(Fe)锂离子电池负极材料及其合成工艺


[0001]本专利技术公开了一种容量自激活的MIL
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100(Fe)锂离子电池负极材料及其快速合成工艺，属于锂离子电池负极材料领域，同时涉及材料的合成。

技术介绍

[0002]随着世界能源需求的增加，传统化石能源日益匮乏，能源危机严重。大多数清洁能源虽然满足能耗需求，但其使用受到时间和空间的限制。探索不受地域、时间限制的储能技术已成为当下研究的热点。锂离子电池作为目前主要的电化学储能装置受到广泛关注，负极是锂离子电池的主体之一，很大程度影响着锂离子电池的电化学性能。近年来，金属有机框架材料(Metal
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OrganicFrameworks,MOFs)因其具有原料便宜易得、反应动力学较快和绿色环保等优点被认为是具有潜力一种的锂离子电池负极材料，但MOFs的种类繁多、结构可调整性强导致人们对其在锂离子电池中的应用研究还不够成熟。
[0003]专利CN108615891B公开了一种锌基配合物(Zn
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MOF)锂离子电池负极材料，此材料首次放电比容量可达816.3mAh/g；第2次循环放电比容量为407.5mAh/g，100次循环后放电比容量386.2mAh/g，循环保持率达93.1％。但是合成原料成本较高且电池的比容量较低。专利CN103384008A公开了一种锂离子电池负极材料，该材料为对苯二甲酸钴粉末，此材料50次循环后放电比容量在600mAh/g左右，但是电池的容量保持率不稳定。专利CN108550821B本专利技术公开了一种基于Ni
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MOF的核壳结构磷化镍/碳(Ni2P/C)微球的制备方法，用作锂离子电池负极时，在100次循环后表现出高的首次库伦效率，稳定的长循环性能等特点，容量保持率接近100％，但电池的容量仅有500mAh/g左右。专利CN108963221B，公开了一种锌掺杂的锰基MOF锂离子电池负极材料及其合成方法，此材料是以二氧化锰和二氧化锌为中心的金属氧化物有机骨架，这种结构能够降低二氧化锰在充放电的过程中的体积变化，从而提高材料稳定性、降低材料的内阻、延长二氧化锰电极材料的循环寿命并提高倍率放电的性能；但它的比容量仅有380mAh/g且循环保持率较差，50圈循环后仅剩86％，同时合成原料复杂、成本较高。因此，寻找一种环保低成本、合成方法简单，且用作锂离子电池负极时具有较高容量、较好的循环保持率的MOFs材料，是锂电池负极材料领域亟待探索的问题。
[0004]MIL
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100(Fe)作为一种高度有序多孔结构的MOFs材料，具有典型的可调节功能性孔隙空间，有望作为锂离子电池负极材料，而这种结构与本专利技术公开的具有容量自激活的锂离子电池负极材料有着很大程度的关联。且目前已有报道介绍MIL
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100(Fe)的合成方法，但暂无MIL
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100(Fe)作为锂离子电池负极材料的应用报道。
[0005]专利CN107446137B公开了一种制备铁基金属有机骨架材料MIL
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100(Fe)的方法，先将均苯三甲酸加入超纯水中，超声波搅拌15min得到A溶液；然后往A液中加入表面剂，超声波搅拌15min得B液；往B溶液中依次加入氢氟酸和硝酸，超声波搅拌15min得到C溶液；将C溶液中加入铁粉后放入钢制反应釜中，置于烘箱150℃反应24h；反应结束将得到的产物在70℃超纯水和70℃酒精中循环洗涤直至杂质除尽，所得样品在70℃下干燥12h后研磨得到
橘红色MIL
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100(Fe)，但此方法耗时较长。本专利技术通过水热法，通过优化工艺快速合成了MIL
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100(Fe)，作为锂离子电池负极材料有着明显的容量自激活特征，高的比容量和容量保持率。

技术实现思路

[0006]本专利技术公开了一种容量自激活的MIL
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100(Fe)锂离子电池负极材料及其快速合成工艺。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用水热法，通过工艺优化快速合成了MIL
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100(Fe)，步骤如下：将FeCl3·
6H2O和H3BTC加入到去离子水中，超声分散30min后将溶液置于聚四氟乙烯反应釜，在鼓风干燥箱中150℃水热反应3h，先乙醇后去离子水先后离心洗涤至溶液pH为7～8，最后沉淀物在120℃真空干燥6h后取出研磨得到MIL
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100(Fe)。将得到的MIL
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100(Fe)作为锂离子电池负极材料进行了电池组装，并且测试了电化学相关性能。
[0008]本专利技术的合成工艺中各项条件的控制、原料的添加顺序、浓度及其添加比例将极大的影响最终产品是否能够成功快速合成。
[0009]本专利技术具有以下优点：
[0010]1.MIL
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100(Fe)作为锂离子电池负极材料有着明显的容量自激活特征，且相比于已经报道的Zn、Mn、Co、Ni等金属有机框架材料着更高的比容量的循环稳定性。
[0011]2.所用的MIL
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100(Fe)合成原料成本低、环保无毒害，且合成工艺相比于已报道的更加简单快速。
附图说明
[0012]图1是本专利技术合成的MIL
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100(Fe)材料的XRD谱图。
[0013]图2是本专利技术合成的MIL
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100(Fe)材料的FTIR谱图。
[0014]图3是本专利技术合成的MIL
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100(Fe)材料的SEM照片。
[0015]图4是MIL
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100(Fe)用作锂离子电池负极材料的恒流充放电循环测试图。
[0016]图5是MIL
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100(Fe)用作锂离子电池负极材料的倍率性能测试图。
具体实施方式
[0017]为更好的说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。特别说明本专利技术实施例仅用于说明本专利技术的技术效果，而非用于限制本专利技术的保护范围。实施例中所用的原料均可通过市售购买获得。
[0018]实施例1
[0019]MIL
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100(Fe)的快速合成工艺。
[0020](1)分别称取2.703g六水氯化铁(FeCl3·
6H2O)和1.0507g均苯三甲酸(H3BTC)置入烧杯中，向其中加入40mL去离子水，得混合溶液；
[0021](2)将混合溶液在超声机中均匀分散30min；
[0022](3)将溶液转移到反应釜中，在鼓风干燥箱中150℃水热反应3h；
[0023](4)反应结束后将反应物离心，将沉淀物分别用无水乙醇和去离子水离心洗涤至上清液pH为7～8；
[0024](5)将离心洗涤后的沉淀物放入干燥皿中，置于120℃真空干燥箱中干燥6h可得橘红色粉末状的MIL
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种容量自激活的MIL
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100(Fe)锂离子电池负极材料及其快速合成工艺，其特征在于，MIL
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100(Fe)用作锂离子电池负极材料有显著容量自激活特征，同时具有高的可逆比容量和容量保持率，在100mA/g的工作电流密度下，首次嵌锂比容量为603.7mAh/g，脱锂比容量为593.3mAh/g，首次充放电效率98.267％，50圈充放电循环之后容量有所上升，电池比容量保持在650mAh/g左右，容量保持率接近100％，进行100圈充放电循环之后容量继续上升，电池比容量保...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峻峰，周小清，董浩南，罗雁曦，黄小丽，龙勤，陈可立，张佩聪，曹洋，刘晨宇，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：