【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料领域领域，特别涉及一种二维有机框架材料及其合成方法和其对电池的应用。
技术介绍
1、致电池短路、燃烧和爆炸等严重安全问题，阻碍了其市场化进程。在此背景下，以水溶性盐为电解液和以金属锌或锌合金为负极的高安全性锌离子电池，因其高储量、高能量密度、低成本和能进行大电流充放电等优点，受到了行业的极大关注，成为电池领域的新焦点。尽管如此，锌离子电池的大规模实际应用仍面临一些问题需要解决。锌枝晶的生长以及锌金属在水系电解液中引发的严重副反应，导致锌负极的腐蚀和钝化及电解液的快速消耗，从而大幅减少电池性能和使用寿命，这也影响了其大规模应用的前景。现有的提高锌负极可逆性的策略，如使用“盐包水”或有机电解液、设计新型集流体、构建人工界面层等，虽然能在一定程度上稳定锌负极，提高电池寿命，但这些方法成本高或可能带来环境污染，不符合锌电池绿色、低成本的发展要求。此外，锌电池目前主要采用的商业玻璃纤维隔膜不仅成本高，且强度低，易碎裂，对锌枝晶抑制作用特别有限。
2、碘电池的潜力远不止于此，除了负价态离子和单质之间的转换，高反应电位的正价态离子显然更为诱人。比如在锌碘电池体系，跟锌金属配对，全电池的理论放电电压可以达到1.7v左右，可以超过绝大多数报道的成熟电极材料，比如钒氧化物，锰氧化物和有机聚合物。更为重要的是多价态转变会带来多电子的转移进而带来容量和能量密度的巨大提升。目前，在锂离子电池广泛使用的聚乙烯和聚丙烯隔膜无法直接应用到锌电池系统中。在锌离子电池的不断发展过程中，常用的玻璃纤维隔膜虽然表现出一定性能。然而，在锌碘
3、在现代电池材料研究中，开发一种具备综合功能的一体化复合隔膜显得尤为关键。这种新型复合隔膜不仅需要具有高效阻挡i3-的能力，从而有效防止其对电池性能的负面影响，同时还必须确保高zn2+的透过率，以保持电池的正常运行和高效能量传输。因此，研制满足这些性能要求的隔膜材料，对电池整体性能的提升具有重要意义。对于锌碘电池而言，如何有效提升其放电容量、库仑效率和倍率性能，是当前研究领域中面临的主要挑战之一。为了解决这一问题，研究者们需在隔膜设计和优化上不断创新，寻找能够兼顾多项性能需求的解决方案。这不仅是理论研究的重要方向，也是实际应用中亟待突破的瓶颈。
技术实现思路
1、鉴以此，本专利技术提出一种二维有机框架材料及其合成方法和其对电池的应用。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种二维有机框架材料的结构如下式(1)：
4、
5、优选的，所述合成方法包括以下步骤：
6、将单体a和配体b混合，加入有机溶剂进行超声分散，分散后加入催化剂进行液氮冷冻5-10分钟，冷冻后密封，进行80-150℃加热反应60-90h，得到混合溶液；
7、将混合溶液洗涤、在110-130℃干燥得到成品；
8、所述单体a包括1,3,5三(对甲酰基苯基)苯、三(4-甲酰苯基)胺、四氨基苯基甲烷或三嗪环中的一种；
9、所述配体b包括乙二酰肼酰胺或乙二酰二胺。
10、优选的，所述单体a和配体b的质量比为1-2：1。
11、优选的，所述有机溶剂包括质量比0.5-1：1的邻二氯苯和正丁醇，所述有机溶剂和配体b的体积质量比为1ml：10-20mg；
12、所述催化剂为乙酸溶液，催化剂与有机溶剂的体积比为1：5-7，乙酸溶液的浓度为6-12m。
13、优选的，所述的一种二维有机框架材料在制备锌碘电池隔膜中的应用。
14、优选的，包括以下步骤：
15、(1)将权利要求1所述的二维有机框架材料分散在无水乙醇溶液中，加入粘结剂a，得混合浆液a；
16、(2)将导电材料分散在无水乙醇中，加入粘结剂b，得混合浆液b；
17、(3)依次将混合浆液a、混合浆液b抽滤在基膜上，干燥，得锌碘电池隔膜；
18、优选的，步骤(1)中，所述粘结剂中，粘结剂的质量百分数为1-10％；
19、所述二维有机框架材料与粘结剂a的质量比为1-7∶1，导电材料与粘结剂b的质量比为8-10∶1；
20、所述导电材料为科琴黑、石墨烯、石墨炔中的一种。
21、优选的，步骤(1)中，所述粘结剂a和粘结剂b为水性聚氨酯、聚偏聚醚碳酸酯、聚偏二氟乙烯中的一种或多种；
22、所述聚偏二氟乙烯聚合分子量为100-110万，使用所述聚偏二氟乙烯作为粘结剂时，采用n-甲基吡咯烷酮配置成质量浓度5％～10％的聚偏二氟乙烯溶液。
23、优选的，所述的制备方法制备得到的锌碘电池隔膜。
24、优选的，所述的锌碘电池隔膜在制备锌碘电池中的应用。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
26、本专利技术采用1,3,5三(对甲酰基苯基)苯、三(4-甲酰苯基)胺、四氨基苯基甲烷或三嗪环作为单体，乙二酰肼酰胺或乙二酰二胺作为配体，单体和配体反应形成共价有机框架材料，其具有合适的孔径设计(1.8nm)，其在允许zn2+快速通过又能通过孔径限域以及静电相互作用有效限制i3-穿梭效应。本专利技术开发了一种具备综合功能的一体化复合隔膜。
27、本专利技术开发一种具备综合功能的一体化复合隔膜，应用于在锌碘电池体系，跟锌金属配对，全电池的理论放电电压可以达到1.7v左右，可以超过绝大多数报道的成熟电极材料，同时克服了锌枝晶的生长以及锌金属在水系电解液中引发的严重副反应，导致锌负极的腐蚀和钝化及电解液的快速消耗，从而大幅减少电池性能和使用寿命的问题。因此，该隔膜能够大幅度提高电池放电容量以及循环寿命，为锌电池的发展贡献了重要力量。
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1.一种二维有机框架材料，其特征在于，所述二维有机框架材料的结构如下式(1)：
2.如权利要求1所述的一种二维有机框架材料的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种二维有机框架材料的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述单体A和配体B的质量比为1-2：1。
4.根据权利要求2所述的一种二维有机框架材料的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机溶剂包括质量比0.5-1：1的邻二氯苯和正丁醇，所述有机溶剂和配体B的体积质量比为1mL：10-20mg；
5.权利要求1所述的一种二维有机框架材料在制备锌碘电池隔膜中的应用。
6.权利要求5所述的锌碘电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的锌碘电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述粘结剂中，粘结剂的质量百分数为1-10％；
8.根据权利要求6所述的锌碘电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述粘结剂A和粘结剂B为水性聚氨酯、聚偏聚醚碳酸酯、聚偏二氟乙烯中的一种或多
9.权利要求6～8任一项所述的制备方法制备得到的锌碘电池隔膜。
10.权利要求9所述的锌碘电池隔膜在制备锌碘电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种二维有机框架材料，其特征在于，所述二维有机框架材料的结构如下式(1)：
2.如权利要求1所述的一种二维有机框架材料的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种二维有机框架材料的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述单体a和配体b的质量比为1-2：1。
4.根据权利要求2所述的一种二维有机框架材料的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机溶剂包括质量比0.5-1：1的邻二氯苯和正丁醇，所述有机溶剂和配体b的体积质量比为1ml：10-20mg；
5.权利要求1所述的一种二维有...
【专利技术属性】
技术研发人员：高艳安，胡晓莉，王健宜，马建平，胡慧，苏晓芳，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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