[发明专利]一种钾离子电池负极材料C包覆Co-MOF中空纳米带、制备方法与应用

说明书

本发明提供的一种钾离子电池负极材料C包覆Co‑MOF中空纳米带、制备方法及应用，包括以下步骤：S1、将前驱体碳包覆的Co溶解到乙醇并超声处理得到溶液E，前驱体碳包覆的Co与乙醇的质量比为(125～1250):1；S2、将PVP充分溶解到DMF中得到溶液F，其中PVP与DMF的质量比为(500～1000):1；S3、将溶液E加入到溶液F中在室温下搅拌均匀，得到混合溶液G，其中溶液E与溶液F的体积比1：(0.5～1.5)；S4、将混合溶液G进行纺丝，收集的物质为产物H；S5、取产物H在氩气气氛中进行碳化处理得到碳包覆的Co‑MOF中空纳米带；本发明采用的碳包覆的Co‑MoF的中空纳米带结构作为钾离子电池负材料可以提高电池的导电率、循环性能和比容量。

技术领域

本发明属于二次动力电池材料技术领域，具体涉及一种钾离子电池负极材料C包覆Co-MOF中空纳米带的制备方法与应用。

背景技术

现在，绿色和可充电的二次电池，特别是锂离子电池(LIBs)已经在便携式电子和电动汽车中广泛应用，因为它们的能量和功率密度都很高。然而，锂的稀缺性和高成本严重阻碍了未来LIBs的进一步发展。近年来，钾离子电池(KIBs)正重新获得更多的关注，因为地球上丰富的钾资源。K⁺/K(-2.93V vs.NHE)的氧化还原电位接近于氧化还原的Li⁺/Li(-3.04V与NHE)，低于Na⁺/Na(-2.71V与NHE)，使KIBs具有更高的潜力和更安全的使用电压。

碳材料长期以来应用于许多化学和其他领域，包括吸附、催化、能量储存和电子应用。由于碳质材料的重要性，在世界范围内不断开发新的创新技术。因此，近年来，许多多孔的碳质材料，具有微孔或中孔性，或具有层次结构，已成为许多应用程序的有用之处。已经应用了一些技术来制备钾离子电池负极材料，包括热解、化学气相沉积、电弧放电、热液碳化和合成后的MOFs结构。高温热解是近年来制备纳米孔碳的一种技术，因为它们具有较高的热稳定性和化学稳定性。为了提高这些碳质材料的性能，达到均匀的孔隙大小是很重要的，因此，在热解过程中所使用的材料应该谨慎选择。因此，金属有机框架(MOFs)被认为是一种有前景的高温材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钾离子电池负极材料C包覆Co-MOF中空纳米带、制备方法与应用；本发明制备的碳包覆的Co-MoF的中空纳米带结构作为钾离子电池负材料可以提高电池的导电率、循环性能和比容量。金属有机框架可以减小K⁺嵌入与脱出过程中的阻力，同时金属Co可以增加电池的导电性能，中空纳米带的结构缓解钾离子嵌入与脱出的过程中带来的体积膨胀，从而增加电池的比容量；本发明结合Co-MOF与碳纳米带的结构特征，制备出一种碳包覆的Co-MoF的中空纳米带来提高钾离子电池的比容量及导电性能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供的一种钾离子电池负极材料C包覆Co-MOF中空纳米带的制备方法，包括以下步骤：

S1、将前驱体碳包覆的Co溶解到乙醇并超声处理得到溶液E，前驱体碳包覆的Co与乙醇的质量比为(125～1250):1；

S2、将PVP充分溶解到DMF中得到溶液F，其中PVP与DMF的质量比为(500～1000):1；

S3、将溶液E加入到溶液F中在室温下搅拌均匀，得到混合溶液G，其中溶液E与溶液F的体积比1：(0.5～1.5)；

S4、将混合溶液G进行纺丝，收集的物质为产物H；

S5、取产物H在氩气气氛中进行碳化处理得到碳包覆的Co-MOF中空纳米带。

优选地，S1中，前驱体碳包覆的Co的制备方法如下：

步骤1、将硝酸钴溶解在甲醇中得到溶液A，其中，硝酸钴与甲醇的质量比为(12.5～15)：1；