[发明专利]一种ZIF‑8沸石咪唑酯骨架多孔碳包覆磷酸钒锂正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于ZIF-8沸石咪唑酯骨架多孔碳材料包覆改性磷酸钒锂正极材料的方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

技术背景

单斜结构的磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃)属于P21/n空间群，晶胞参数为β＝90.61°，在Li₃V₂(PO₄)₃晶体结构中，稍有扭曲的VO₆八面体和PO₄四面体通过共用氧原子，形成(V-O-P-O)n键的连接。每个VO₆八面体周围有六个PO₄四面体，而每个PO₄四面体周围有四个VO₆八面体，形成一个三维的网络结构，锂原子处于这个结构的孔间隙中。每个晶胞有3个锂离子晶体学位置，在电压为3.0-4.3V范围内，每一个Li₃V₂(PO₄)₃晶胞单元可以可逆脱嵌2个Li⁺，理论容量为133mAh·g^-1在电压为3.0-4.8V范围内，第3个Li⁺完全脱嵌，理论容量为197mAh·g^-1。但是，Li₃V₂(PO₄)₃结构屮的VO₆八面体被PO₄四而体分隔，无法形成连续的网络结构，导致其电子传导性低(室温下仅为2.4×10^-7S·cm^-1)，限制了Li₃V₂(PO₄)₃的进一步发展。此外，在高电压下循环时，其容量衰减迅速。因此，需要对其改性研究。

ZIF-8沸石咪唑酯骨架多孔材料作为一种具有超高比表面积规则孔径分布的特殊模板前驱体碳材料具有合成工艺简单、成本低、导电性好等优点。Wang等(Microporous and Mesoporous Materials，2014，185，92-96)利用ZIF-8沸石咪唑酯骨架多孔材料为模板合成Li-S@ZIF-8电池，在0.1C倍率下循环100次可逆放容量达到510mAh·g^-1。Shi等(Materials Letters,2015,161,332–335)采用沸ZIF-8沸石咪唑酸酯骨架作为前躯体，成功合成了氮掺杂多孔碳(NPC)作为钠离子电池的阳极材料，具有较好的倍率性能和循环稳定性，在50mA·g^-1的电流密度下循环200次后可逆容量达到144.7mAh·g^-1，在400mA·g^-1的高电流密度下可逆容量达到117.6mAh·g^-1。综上，ZIF-8沸石咪唑酯骨架多孔材料在改性电极材料性能方面有积极的作用。

发明内容

针对目前磷酸钒锂电池正极材料在电子导电性和高倍率循环性能方面存在的不足，本发明提供一种基于ZIF-8沸石咪唑酯骨架多孔碳材料包覆磷酸钒锂正极材料的方法。本发明以ZIF-8沸石咪唑酯骨架碳化得到的多孔碳纳米材料作为碳源，包覆磷酸钒锂正极材料，得到ZIF-8沸石咪唑酯骨架多孔碳材料包覆的磷酸钒锂正极复合材料LVP/C_ZIF-8，该复合材料用于锂离子电池正极材料。

本发明的技术方案如下：

一种基于ZIF-8沸石咪唑酯骨架多孔碳材料包覆磷酸钒锂正极材料的方法，

包括步骤如下：

(1)将4～6质量份(优选5.14质量份)金属硝酸盐Zn(NO₃)₂·6H₂O在磁力搅拌条件下溶溶解于无水甲醇中，形成无色溶液A；优选每4～6g金属硝酸盐Zn(NO₃)₂·6H₂O对应300～600ml无水甲醇；进一步优选每5.14g对应无水甲醇为500mL。

(2)将5～8质量份(优选6.56质量份)有机配体2-甲基咪唑溶解于上述无色溶液A形成溶液B，将溶液B持续磁力搅拌至变浑浊形成乳浊液；

(3)将制得的乳浊液静置10～24h，于5000～9500rad/min的转速离心且用无水甲醇洗涤2～4次得到白色沉淀物；