一种分等级结构钴基金属有机框架的制备方法及应用.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810504662.0 (22)申请日 2018.05.24 (71)申请人 福州大学 地址 350108 福建省福州市闽侯县福州地 区大学新区学园路2号 (72)发明人 魏明灯陈琳 (74)专利代理机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 代理人 蔡学俊 (51)Int.Cl. C08G 83/00(2006.01) H01M 4/60(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种分等级结构钴基金属有机框架的制备 方法及应用

2、 (57)摘要 本发明属于锂离子电池材料技术领域， 具体 涉及一种分等级结构钴基金属有机框架的制备 及应用。 本发明将硝酸钴、 对苯二甲酸， 十六烷基 三甲基溴化铵溶于水和N,N-二甲基甲酰胺的混 合溶液中， 搅拌30分钟， 加辛胺， 移入反应釜中， 置于100-150的烘箱中， 反应2-10小时， 将所得 产品用乙醇洗涤数次， 烘干， 即可得到分等级结 构钴基金属有机框架。 本发明通过加入辛胺快速 制备分等级结构钴基金属有机框架微米花(Co- MOF)， 将其应用于锂离子电池负极材料中， 该分 等级结构Co-MOF材料作锂电池负极具有很高的 比容量和循环稳定性， 在较大的电流密度2A/g时

3、充放电700圈， 容量稳定在828mAh/g。 权利要求书1页 说明书2页 附图2页 CN 108948364 A 2018.12.07 CN 108948364 A 1.一种分等级结构钴基金属有机框架的制备方法， 其特征在于： 具体的制备方法如下： 将0.5克的硝酸钴， 0.2克的对苯二甲酸， 0.7克的十六烷基三甲基溴化铵溶于15毫升水和15 毫升N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中， 搅拌30分钟， 加入1.0 毫升辛胺， 移入50毫升的反应 釜中， 置于烘箱中反应， 将所得产品用乙醇洗涤数次， 烘干， 得到分等级结构钴基金属有机 框架。 2.根据权利要求1所述的一种分等级结构钴基金属有机框

4、架的制备方法， 其特征在于： 烘箱中的反应条件为： 100-150下反应2-10小时。 3.一种如权利要求1所述方法制备的分等级结构钴基金属有机框架在锂离子电池负极 材料上的应用。 权利要求书 1/1 页 2 CN 108948364 A 2 一种分等级结构钴基金属有机框架的制备方法及应用 技术领域 0001 本发明属于锂离子电池材料技术领域， 具体涉及一种分等级结构钴基金属有机框 架的制备及应用。 背景技术 0002 上世纪九十年代锂离子电池开发成功以来， 锂离子电池已经得到了广泛的应用， 但是要得到循环性能好， 比容量高， 大电流充放电性能好的锂离子电池负极材料一直以来 是科学家的研究重点

5、。 金属有机框架材料作为一种有机-无机杂化材料， 因其较高的表面 积、 可调控的结构和孔径， 丰富的不饱和金属位点和氧化还原活性等优点受到科研工作者 的关注。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供了一种分等级结构Co-MOF制备方法， 该方法工艺简单， 成 本廉价， 电池循环性能较好， 有良好的发展前景。 0004 为实现上述目的， 本发明采用如下技术方案： 所述分等级结构钴基金属有机框架， 具体的制备方法如下， 将0.5克的硝酸钴， 0.2克的 对苯二甲酸， 0.7克的十六烷基三甲基溴化铵溶于15毫升水和15毫升N,N-二甲基甲酰胺的 混合溶液中， 搅拌30分钟， 加入1.0 毫升辛胺，

6、 移入50毫升的反应釜中， 置于100-150的烘 箱中， 反应2-10小时， 将所得产品用乙醇洗涤数次， 烘干， 即可得到分等级结构钴基金属有 机框架。 锂电池组装： 按质量比分等级结构Co-MOF： 聚偏氟乙烯： 乙炔黑70： 20： 10混合研 磨后均匀地涂在铜箔上做负极， 参比电极和对电极均为金属锂， 电解质由1M LiPF6的EC+ DMC+EMC (EC/DMC/EMC=1/1/1 v/v) 溶液。 所有组装均在手套箱里进行。 所制备的分等级结 构钴基金属有机框架作为锂电池负极具有很高的比容量和循环稳定性， 在较大的电流密度 2 A/g时充放电700圈， 容量稳定在828 mAh/

7、g。 0005 本发明的显著优点在于： 本发明通过加入引发剂辛胺快速制备分等级结构钴基金属有机框架微米花 (Co- MOF)， 将其应用于锂离子电池负极材料中， 该分等级结构Co-MOF材料作锂电池负极具有很 高的比容量和循环稳定性， 在较大的电流密度2 A/g时充放电700圈， 容量稳定在828 mAh/ g。 附图说明 0006 图1是分等级结构Co-MOF的X射线衍射图； 图2是分等级结构Co-MOF的扫描电镜图和透射电镜图； 图3是分等级结构Co-MOF在电压范围为0.01-3 V (vs. Li/Li+)的循环性能。 具体实施方式 说明书 1/2 页 3 CN 108948364 A

8、 3 0007 为进一步公开而不是限制本发明， 以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。 0008 实施例1 所述分等级结构钴基金属有机框架， 具体的制备方法如下， 将0.5克的硝酸钴， 0.2克的 对苯二甲酸， 0.7克的十六烷基三甲基溴化铵溶于15毫升水和15毫升N,N-二甲基甲酰胺的 混合溶液中， 搅拌30分钟， 加入1.0 毫升辛胺， 移入50毫升的反应釜中， 置于100-150的烘 箱中， 反应2-10小时， 将所得产品用乙醇洗涤数次， 烘干， 得到分等级结构钴基金属有机框 架。 锂电池组装： 按质量比分等级结构Co-MOF： 聚偏氟乙烯： 乙炔黑70： 20： 10混合研磨后 均匀

9、地涂在铜箔上做负极， 参比电极和对电极均为金属锂， 电解质由1M LiPF6的EC+DMC+ EMC (EC/DMC/EMC=1/1/1 v/v) 溶液。 所有组装均在手套箱里进行。 所制备的分等级结构钴 基金属有机框架作为锂电池负极具有很高的比容量和循环稳定性， 在较大的电流密度2 A/ g时充放电700圈， 容量稳定在828 mAh/g。 0009 图1是分等级结构Co-MOF的X射线衍射图， 从图中可以看出所有的衍射峰都归属于 单晶Co2(OH)2BDC (CCDC 卡号： 153067)。 另外， 从其衍射图中， 没有发现杂峰。 这说明用本发 明的方法制备的分等级结构Co-MOF为纯相

10、的Co-MOF。 0010 图2是分等级结构Co-MOF的扫描电镜图和透射电镜图。 从图2中的a图和b图可以看 出合成的样品是由大概30纳米厚的纳米片组成， 并且这些纳米片交叉形成微米花分等级结 构。 图2中的d图是高分辨透视图， 从中可以出纳米片是由尺寸50-70纳米之间更小的纳米片 堆叠形成的。 以上结果说明该钴基金属有机框架是分等级结构。 0011 图3是分等级结构Co-MOF在电压范围为0.01-3 V (vs. Li/Li+)的循环性能。 在电 流密度为电流密度2 A/g时， 该材料的首次放电比容量为1516 mAh/g， 循环700圈之后， 放电 比容量仍有828 mAh/g， 且首圈库伦效率高达70 %， 表现出较高的比容量和稳定的循环性 能。 0012 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰， 皆应属本发明的涵盖范围。 说明书 2/2 页 4 CN 108948364 A 4 图1 图2 说明书附图 1/2 页 5 CN 108948364 A 5 图3 说明书附图 2/2 页 6 CN 108948364 A 6