[发明专利]铋金属有机框架材料、制备方法及其铅蓄电池正极添加剂

说明书

技术领域

本发明属于化学电源的技术领域，具体涉及一种铋金属有机框架材料、制备方法及其在铅蓄电池正极添加剂方面的应用。

背景技术

尽管锂离子电池、镍氢电池和液流电池等新型电池得到快速的发展，铅酸电池仍然是目前非常可靠和安全的二次化学电源，也是市场上最成功，应用最广的动力及储能系统。与其他电池技术相比，铅酸电池使用安全，运行稳定，成本低廉，循环寿命长。铅酸电池的理论容量密度达167 Wh/kg，然而其实际使用的能量密度相对较低，一般不超过50 Wh/kg，即正极活性物质利用率约30% [Moseley P. Journal of Power Sources, 1997, 64(1): 47-50]。随着正极放电反应(PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-?PbSO₄+H₂O)的进行，硫酸电解液浓度逐渐下降；此外，PbSO₄的生成使硫酸电解液向极板内部的扩散受限，导致整个活性物质利用率低[McGregor K. Journal of Power Sources, 1996, 59(1): 31-43]。采用添加剂增大极板孔隙率，改善正极板内部电解液存储量及促进电解液扩散是提高活性物质利用率行之有效的重要手段[Pavlov D. Lead-Acid Batteries: Science and Technology. Amsterdam: Elsevier, 2011: 311-361]。寻找成本低，易于合成，稳定性好的新型多孔材料是非常重要且有趣的。

铋金属有机框架材料是一类新型的多孔材料，具有独特的孔洞、形状和表面性质，如具有高孔隙率、大容量的孔体积、大的表面积、多种规格的孔径和结构丰富的拓扑结构，在氢气和甲烷存储、气体吸附和分离、有机催化和药物控制释放等方面表现出诱人的发展前景[James S L. Chemical Society Reviews, 2003, 32(5): 276-288]。近来，它也被用于超级电容器及锂离子电池的电极材料[Díaz R, Orcajo M G, Botas J A, et al. Materials Letters, 2012, 68: 126-128]。

因此，需要一种铅蓄电池正极添加剂以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中铅蓄电池正极添加剂的缺陷，提供一种可以用于铅蓄电池正极添加剂的铋金属有机框架材料的制备方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的铋金属有机框架材料的制备方法采用如下技术方案：

       一种铋金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：

1）、称取含铋金属离子溶液和有机配体，所述铋金属离子与有机配体的摩尔比为3±0.1:2±0.1，混合均匀，置于反应釜中；

2）、向反应釜中加入反应溶剂；

3）、采用溶剂热合成法得到铋金属有机框架材料。

更进一步的，步骤1）中所述铋金属离子与有机配体的摩尔比为3:2。

更进一步的，步骤1）中所述含铋金属离子溶液中铋金属离子的浓度20-35 mmol/L。

更进一步的，步骤2）中所述反应溶剂包括甲醇和二甲基甲酰胺，所述甲醇与二甲基甲酰胺的体积比为1:0-1。

更进一步的，步骤1）中所述有机配体为1,3,5-苯三甲酸、1,4-苯二甲酸或3,5-吡啶二甲酸中的一种或多种。

 更进一步的，步骤3）中所述溶剂热合成法为将反应釜加热至120℃-150℃，在此温度范围下反应30分钟-24小时。铋金属有机框架材料的产率较高。

有益效果：本发明的铋金属有机框架材料的制备方法简单，易于控制，制备得到铋金属有机框架材料为多孔材料，具有高孔隙率、大容量的孔体积、大的表面积，具有良好的水溶性及酸稳定性，可预先分散于去离子水。适合作为铅蓄电池正极掺杂材料，能够使活性物质利用率提高，充电接受能力提高。

本发明还公开了一种铋金属有机框架材料，采用如上所述的铋金属有机框架材料的制备方法制备得到。

有益效果：本发明的铋金属有机框架材料为多孔材料，具有高孔隙率、大容量的孔体积、大的表面积，具有良好的水溶性及酸稳定性，可预先分散于去离子水。适合作为铅蓄电池正极掺杂材料，能够使活性物质利用率提高，充电接受能力提高。