[发明专利]一种硅导电金属有机框架复合材料硅空气电池及制备方法

说明书

本发明提供了一种硅导电金属有机框架复合材料硅空气电池及制备方法，本发明Cosubgt;3/subgt;(HITP)subgt;2/subgt;作为一种本征导电的π‑d共轭二维导电MOF，具有良好的多孔网络，Cosubgt;3/subgt;(HITP)subgt;2/subgt;具有较高的电导率。利用其多孔结构和高电导率的特点，可以有效改善硅空气电池的性能。Si阳极与Si@Cosubgt;3/subgt;(HITP)subgt;2/subgt;复合材料阳极相比，Si@Cosubgt;3/subgt;(HITP)subgt;2/subgt;复合材料的电导率比Si提高了大约一个数量级。利用涂覆法将导电MOF与硅片进行复合而得到硅空气电池的复合材料阳极。在复合过程中可以通过控制刮刀与硅片的距离而有效控制Cosubgt;3/subgt;(HITP)subgt;2/subgt;涂层的厚度。

技术领域

本发明涉及电池制备技术领域，尤其是涉及一种硅导电金属有机框架复合材料硅空气电池及制备方法。

背景技术

空气电池阳极位于电池内部，空气阴极与电池外壳内侧紧密接触，而且阴极活性物质是来自空气中的氧气，所以空气电极占据电池的空间非常小，因此，在相同的体积和重量下，空气电池内可以装填更多的负极反应物质，从而与传统电池相比，它具有更高的容量。

金属空气电池具有较高的能量密度，目前金属空气电池主要有锂空气电池、镁空气电池、铝空气电池、锌空气电池等。但以上金属空气电池都还存在着一些未解决的问题，如放电过程中形成的枝晶造成电池短路，金属阳极的腐蚀和缓慢的氧还原反应导致较低的库伦效率。相比于金属空气电池，使用半导体硅作为阳极的硅空气电池的研究还处于起始阶段。

硅作为地球上储量最为丰富的元素之一，其原材料来源广，并且硅具有很高的能量密度，其作为电极材料的优势显而易见。并且硅空气电池更具有成本低，对环境友好等特点。硅空气电池中硅阳极的钝化和腐蚀速率会对电池的性能产生直接的影响。同时，硅作为半导体材料其导电性逊于金属材料。因此，找到某种方法保护硅阳极以减少阳极的钝化和腐蚀并提升阳极的导电性至关重要。

金属有机框架材料(MOFs)是一种以无机金属离子或金属团簇为连接点，有机配体为连接桥的配位聚合物，具有耐腐蚀、比表面积大、孔隙永久、孔径可调、功能可根据需要进行修饰等特点。但是MOFs存在的导电性能不好限制了其在储能领域的应用。针对MOFs电导率低的问题，在MOFs的基础上研究出了导电MOF，其电导率相比于MOFs有很大的提升。

因此，导电MOF有望在硅空气电池增效方面发挥作用。目前，导电MOF已经有应用于锂离子电池、钾离子电池等，其优异的导电能力和较大的比较面积以及多孔结构为提高电池性能做出了巨大的贡献。如何将导电MOF与硅阳极进行复合从而有效改善硅空气电池的性能，成为当下亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅导电金属有机框架复合材料硅空气电池及制备方法，利用其多孔结构和高电导率的特点，可以有效改善硅空气电池的性能。

根据本发明的一个目的，本发明提供一种硅导电金属有机框架复合材料硅空气电池的制备方法，包括如下步骤：

1、导电金属有机框架材料的制备

101)将2，3，6，7，10，11-六氨基三苯六盐酸盐(HITP·6HCl)和无水氯化钴(CoCl₂)分别分散于水溶液中，混合两种溶液进行反应；

102)向步骤1)所得的混合溶液中滴加氨水促进反应，反应条件为16～25℃下反应3～4h，反应完成之后利用水和乙醇洗涤3～5次，最后真空60～80℃干燥18～24h可得到Co₃(HITP)₂粉末；

2、硅-导电金属有机框架复合材料阳极的制备