[发明专利]一种共价有机骨架/碳纳米管复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种共价有机骨架/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：1）将三聚氰胺粉末溶于有机溶剂得到溶液A，然后将碳纳米管粉末均匀分散于溶液A中，获得体系A；2）将三聚氰酸溶于有机溶剂得到溶液B；3）将溶液B加入到体系A中进行反应，再经固液分离、洗涤、干燥处理即得。本发明材料作为锌离子电池正极材料，可发挥三聚氰胺三聚氰酸共价有机骨架与碳纳米管的协同效应，提升了电池的电化学储能特性。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种共价有机骨架/碳纳米管复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

由于Zn²⁺/Zn的氧化还原电位较低（-0.76V相对于标准氢电极）、理论能量密度较高（820mAh/g）以及良好的循环稳定性、低成本、高安全性等优点，使得二次水系锌电池在新一代储能装置方面具有良好的发展前景。目前，锌离子电池正极材料主要为金属氧化物、普鲁士蓝类似物等无机化合物，但这类材料具有资源可持续性差和成本高等缺点。

近年来，有机电极材料因其成本低、结构多样性、可设计性强和氧化还原可逆性等优点而备受关注。其中，小型有机分子材料的电子导电性通常较差，加上带电官能团在极性水电解质中不可避免地溶解，通常导致电池的电化学性能不理想。共价有机骨架是一种多用途的晶体多孔固体材料，通过将有机前体与共价键连接，形成明确的二维或三维框架。与小型有机分子相比，共价有机骨架材料通常不溶于有机溶剂和水溶液，在电解液中稳定性能较好。另外，大π电子共轭构型使其具有更好的电子导电性。然而，共价有机骨架材料本征电导率仍然较低，其氧化还原活性中心的利用往往受到限制，导致电化学性能较差。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，旨在提供一种共价有机骨架/碳纳米管复合材料，该复合材料制备方法简单，所用原料便宜易得，将其应用于水系锌离子电池，具有较高的电池容量，电化学性能良好。

本发明还提供了上述共价有机骨架/碳纳米管复合材料的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种共价有机骨架/碳纳米管复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

1）将三聚氰胺粉末溶于有机溶剂得到溶液A，然后将碳纳米管粉末均匀分散于溶液A中，获得体系A；

2）将三聚氰酸溶于有机溶剂得到溶液B；

3）将溶液B加入到体系A中进行反应，再经固液分离、洗涤、干燥处理即得共价有机骨架/碳纳米管复合材料。

具体的，步骤1）中，可以将0.2-5.0g三聚氰胺溶于15-60 mL有机溶剂中；为了加快三聚氰胺的溶解，可以将温度加热至20-80℃搅拌溶解。碳纳米管粉末用量为0.1-3g，可以超声0.5-1小时以使碳纳米管粉末均匀分散。

具体的，步骤2）中，可以将0.2-5.0g三聚氰酸溶于10-60 mL有机溶剂中。为了加快三聚氰酸的溶解，可以将温度加热至20-80℃搅拌溶解。

具体的，步骤1）和步骤2）中，所述有机溶剂可以为甲醇、甲醛、乙腈、吡啶或二甲基亚砜等。

具体的，步骤3）中，反应温度可以为20-80℃，反应时间可以为1-24h；干燥处理为50-70℃下真空干燥24±12h。

本发明提供了采用上述方法制备得到的共价有机骨架/碳纳米管复合材料，即三聚氰胺-三聚氰酸（MCA）/碳纳米管（CNTs）复合材料。

本发明还提供了上述共价有机骨架/碳纳米管复合材料作为水系锌离子电池正极材料的应用。

上述的应用，具体的，正极制备方法如下：将共价有机骨架/碳纳米管复合材料、导电剂、粘结剂在溶剂存在下混匀制成浆料，然后均匀涂覆于集流体上，于80-100℃真空烘干20-30h，即制成正极片。