[发明专利]一种具有高比表面积的金属有机框架衍生碳的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有高比表面积的金属有机框架衍生碳的制备方法，属于电池技术领域。本发明的一种具有高比表面积的金属有机框架衍生碳的制备方法以硝酸锌和四氟对苯二甲酸为前驱体，乙醇作为溶剂，通过水热法合成出一种金属有机框架材料，其中原料中的氟可以用作矿化剂，增加结晶度，促进金属有机框架衍晶体的生长，通过将其高温碳化，并使用盐酸洗涤及后续干燥处理，得到超高比表面积的多孔碳。本发明制备流程简洁，操作简便，表征方便，可将其制备成电极片，组装成CR2032锂离子纽扣电池进行电化学性能测试。当充放电电流密度为0.1A/g时，电池具有1304mAh/g的高比容量。此外，倍率测试和循环测试也体现出良好的电化学性能和优秀的稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有高比表面积的金属有机框架衍生碳的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池以其比能量高、循环使用寿命长以及无环境污染等优点而受到人们的大量研究，但随着各类电子产品的快速发展，对锂离子电池的高要求也日益增加。对于二次电池而言，电极材料的性能影响着电池的发展，理想的锂离子电池负极材料应该能容纳大量的锂离子，具有较高的离子电导率合电子电导率，以及良好的稳定性等特点。而石墨作为商业化锂离子电池的负极材料，其理论比容量只有372mAh/g，无法满足人们对高比容量锂离子电池的需求。因此，研发出比容量高和循环稳定性好的锂离子电池负极材料已成为如今研究的重点。

金属有机框架是金属离子和有机化合物通过配位键结合而成的一种新型材料，近年来广泛受到人们的关注。通过锻烧的方法，将金属有机框架中的有机配体碳化，金属离子转化为氧化物，之后通过酸洗处理掉其中的氧化物，可制备成具有特殊形貌的碳材料，这逐步成为了一种制备锂离子电极材料的新方法。其中，有机原料中的氟可以用作矿化剂，它不仅可以帮助溶剂在反应前溶解初始物质，而且可以增加结晶度，促进金属有机框架晶体的生长。此外，金属有机框架衍生的碳材料具有下特征：(1)热稳定性好的金属有机框架材料在锻烧后获得的碳能很好的保持一定的形貌；(2)由于碳化的有机配体在后续的锻烧中能被除去，且通过酸洗处理掉其中的氧化物，使得所制备的碳材料中会存在大量的孔隙，这对于缓解材料在锂离子储放过程中的体积膨胀及缩短锂离子在材料中的扩散路径都是十分有效的。但目前所获得的金属有机框架衍生碳材料由于比表面积不足限制了其电化学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的现有锂离子电池负极材料存在比容量低以及循环稳定性差的问题，提供一种具有高比表面积的金属有机框架衍生碳的制备方法，并将其作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池。由于制备的碳材料具有大的比表面积，这将会暴露出更多的锂离子存储的活性位点，并减轻锂离子扩散动力学，从而实现高的锂存储与倍率性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种具有高比表面积的金属有机框架衍生碳的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取3.856g六水合硝酸锌和1.152g四氟对苯二甲酸溶于80mL无水乙醇中，搅拌后得到混合液；

(2)将所述混合液在120摄氏度下水热反应12小时后，依次进行浸洗处理和过滤处理，得到金属有机框架材料；

(3)将所述金属有机框架材料放置于水平管式炉中，在持续通入惰性气体的条件下，进行碳化处理，随后自然冷却至室温，得到碳化产物；

(4)对所述碳化产物依次进行浸洗处理、清洗处理和过滤处理后得到酸洗产物；

(5)对所述酸洗产物进行干燥处理，得到所述具有高比表面积的金属有机框架衍生碳。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述步骤(2)中的浸洗处理具体为依次利用去离子水和无水乙醇进行浸洗。

进一步的，所述惰性气体为氩气。

进一步的，所述碳化处理具体为从室温升至800摄氏度，并保温4小时。