[发明专利]一种含F配位聚合物的合成及其在锂离子电池负极材料中的应用

说明书

一种含F配位聚合物的合成及其在锂离子电池负极材料中的应用。配位聚合物化学式为[Co(tfbdc)(EtOH)₂]_n，其中tfbdc^2‑为四氟对苯二甲酸离子；制备方法是将六水合硝酸钴，四氟对苯二甲酸加入到无水乙醇中，水热反应得到目标产物；可制成电极片，组装成CR2032锂离子纽扣电池用在负极材料中。本发明通过合成一种含F配位聚合物，可将其直接用作锂离子电池负极材料。配合物合成方法简单，原料廉价易得，产量高，表征方便。制备得到的负极材料具有良好的电化学性能。在充放电电流密度为100mA/g时，循环60次后配合物的比容量维持在865mAh/g。倍率测试时也体现出良好的稳定性和优良的电化学性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种具有良好稳定性的含F配位聚合物材料的合成，锂离子电池负极及锂离子电池制备方法。

背景技术

锂离子电池是继镍氧、镍镉电池之后发展起来的一种新型化学电源，具有高电压、高能量、体积小、内阻小、自放电小、循环寿命长、无记忆效应等特点，被称为“绿色环保电源”。结合现在社会的发展和新型电器的要求，锂离子电池依据高能量密度和高的电容性能而成为新能源研究工作的一个重要方向，对其研究工作也正在如火如荼的进行中。锂离子电池的性能主要取决于电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、负极材料的选择直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。理想的锂离子电池负极材料应该能够容纳大量的Li⁺，具有较高的离子电导率和电子电导率，以及良好的稳定性等。现有的负极材料难以同时满足上述要求，因此，研发电化学性能更好的新型负极材料，以及对已有材料进行改性一直是锂离子电池负极材料领域的研究热点。

配位聚合物是一种由金属离子或者金属簇与有机配体通过自组装方式形成的有机无机杂化材料，因其可调多变的化学结构以及优良的性能得到了人们广泛的关注。在气体存储和分离，催化，荧光，磁性，质子传导，药物传递等方面都有广泛应用。在电化学方面，配位聚合物合成方法简单，成本低，金属与配体都是潜在的储锂位点等优点使其成功地应用于锂离子电池。同时，其晶体学特性也在很大程度上保证了结构稳定性，提高了电池的循环性能，因此成为了比较有潜力的电极材料。但是目前报导的配合物应用于锂离子电池电极材料时，导电性差以及比容量低是限制投入实用的关键问题。解决这些问题对电极材料的发展有重要的推动作用。

发明内容

本发明的目的是解决现有配合物电极材料存在导电性差以及比容量低的问题，提供一种合成简单，成本低的含F配位聚合物，并将其作为电池负极材料应用于锂离子电池。

由于F^-具有很强的电负性，比较容易与Li⁺结合，因此该配合物能够有效克服目前配位聚合物应用于锂离子电池存在的比容量低和稳定性差的缺点。

本发明的技术方案：

一种含F的配位聚合物，化学式为[Co(tfbdc)(EtOH)₂]_n，式中：n为1到正无穷的自然数，tfbdc^2-为四氟对苯二甲酸离子；该配位聚合物由Co²⁺离子与有机配体tfbdc^2-通过配位键形成二维层状结构；最小不对称单元中包含一个晶体学独立的Co²⁺，一个tfbdc^2-配体和两个配位的乙醇分子；相邻的Co²⁺离子之间通过tfbdc^2-配体桥连成二维平面结构。

一种含F的配位聚合物的合成方法，包括以下步骤：

1)称取六水合硝酸钴Co(NO₃)₂·6H₂O和四氟对苯二甲酸(H₂tfbdc)溶解于无水乙醇中，搅拌后得到混合液；