[发明专利]金属-有机配位聚合物M2

说明书

本发明公开了金属‑有机配位聚合物M₂CA_X及其制备方法与应用。本发明采用室温两步水溶液法将酸碱中和反应合成的有机配体盐(CA^2‑)溶液与含有过渡金属离子(M^X+)的盐溶液进行配位得到多种可用作锂离子电池正极材料的金属‑有机配位聚合物M₂CA_X(M＝Cu、Fe、Mn、Ni)。更重要的是，制备金属‑有机配位聚合物M₂CA_X的原材料来源广泛、价格低廉，且制备方法简单、能耗低，具有普适性。金属‑有机配位聚合物M₂CA_X作为正极材料组装的锂离子电池具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于电化学储能中锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及金属-有机配位聚合物M₂CA_X及其制备方法与应用。

背景技术

化石燃料的生产与使用造成的碳排放导致的环境污染是当今世界日益关注的关键问题。开发利用风能、太阳能等新能源是解决这一问题的有效途径。而新能源的有效利用对高性能的储能系统提出了更高的要求。锂离子电池以其良好的循环稳定性和高能量密度，在电动汽车和各类电子产品中都得到了广泛的应用。可以说要实现“碳中和”和“碳达峰”的目标离不开锂离子电池。目前商用锂离子电池正极材料主要以无机过渡金属为主，但由于资源有限、工艺不环保、理论容量低和成本高等原因，使得商业化的无机正极受到严重制约。

有机物具有资源丰富、理论比容量高、分子结构可调等优点，被认为是一种很有前途的锂离子电池电极材料(Poizot,P.；Gaubicher,J.；Renault,S.；Dubois,L.；Liang,Y.；Yao,Y.,Opportunities and Challenges for Organic Electrodes in ElectrochemicalEnergy Storage.Chemical Reviews 2020,120,6490-6557.)。但大多数低分子量的有机分子在液体电解质中的高溶解度和固有的低电导率制约了其电化学性能的发展。聚合反应被认为是解决这些挑战最有效的方法之一，但聚合度过高通常会降低电池容量从而影响锂离子电池的电化学性能。

与之相比，金属-有机配位聚合物通过引入氧化还原活性高的过渡金属离子桥联有机配体，可以在不牺牲氧化还原活性物质密度的情况下构建稳定的骨架。由于其结构多样可控、具有良好的赝电容性能和稳定的结构，作为电极材料显示出巨大的潜力，因而受到广泛关注，但其实际应用仍然面临许多挑战。

作为正极材料：

(1)现有的金属-有机配位聚合物的制备方法主要包含水热法和溶剂热的方法(Reddy,R.C.K.；Lin,X.；Zeb,A.；Su,C.Y.,Metal–Organic Frameworks and TheirDerivatives as Cathodes for Lithium-Ion Battery Applications:AReview.Electrochemical Energy Reviews 2021,5,312-347.)，这些方法存在产率低，反应时间较长、能耗较大等问题，难以得到大规模商业化应用。