[发明专利]利用MOF诱导金属硒化物制备铝电池正极材料的方法

说明书

本发明提供了一种利用MOF诱导金属硒化物制备铝电池正极材料的方法，包括以下步骤：（a）将金属硝酸盐溶解到溶剂中得到溶液A；将咪唑类有机物溶解到溶剂中得到溶液B；之后将溶液A与溶液B混合均匀，并静置，再经离心、洗涤、干燥后得到前驱体；（b）将前驱体和硒源混合均匀，然后进行煅烧，得到金属硒化物活性材料；（c）将金属硒化物活性材料作为正极，并组装成铝二次电池。本发明的多种纳米笼状结构稳定性好，避免了金属单质、硒和硒化物的溶解，增加了铝离子和聚铝阴离子的嵌入和脱出，进而在铝电池正极材料中表现出优异的能量密度，为铝电池的商业化之路奠定了基础。

技术领域

本发明涉及铝电池正极材料制备技术领域，具体地说是一种利用MOF诱导金属硒化物制备铝电池正极材料的方法。

背景技术

高效储能系统的发展是现代社会的迫切需要。风能和太阳能等可再生能源固有的间歇性，迫使整个电网运行系统的复杂性提升。因此，开发可靠的、低成本、高效且环境友好的电化学电池存储是实现电力系统简约化的必由之路。在过去几十年里，锂离子电池的广泛生产和使用已导致锂资源价格的急剧上升。从可持续发展的战略高度来看，利用地球储量更丰富的元素发展低成本、高安全和长循环寿命的化学电源体系势在必行。因此，目前人们的研究兴趣由锂离子电池转向了地壳储量丰富、低成本和更安全的其他新型二次电池，如钠、钾、镁和铝等可逆二次电池，在这些二次电池中铝电池表现出绝对的优势。

金属有机骨架（MOF）是有机-无机杂化材料，其通过有机配体和金属离子或簇的自组装形成的分子。自1990年以来，Yaghi和Kitagawa研究小组成功地合成了具有稳定孔结构的MOF材料，具有各种功能，包例，如大孔隙率和比表面积等等，目前，柔性强、导电好和结构稳定的MOF材料已广泛用于各个研究领域。

在铝电池正极材料中，石墨正极虽然其放电电压较高，但是其放电比容量较低，氧化物和硫化物虽然放电容量高，但是其工作电压低，因此科学家们正在极力寻找一种既兼备石墨电极的高工作电压又具备氧化物和硫化物一样的高容量的电极材料，近年来，人们发现金属硒化物铝电池正极材料具备高工作电压和高放电容量的特性，因此其在铝电池中表现较高的能量密度，但是金属硒化物在铝电池充放电循环过程中活性金属单质、硒以及硒化物的溶解，活性电极材料的结构坍塌现象严重影响着铝电池的进一步发展，因此本发明提出通过MOF诱导制备多种纳米笼状结构金属硒化物活性材料应用到铝电池正极材料中，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用MOF诱导金属硒化物制备铝电池正极材料的方法，以解决现有金属硒化物正极材料容易溶解，并出现结构坍塌现象的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种利用MOF诱导金属硒化物制备铝电池正极材料的方法，包括以下步骤：

（a）将金属硝酸盐溶解到溶剂中得到溶液A，其中，金属硝酸盐∶溶剂=1-3 mmol∶30-50mL；将咪唑类有机物溶解到溶剂中得到溶液B，其中，咪唑类有机物∶溶剂=10-30mmol∶10-30mL；之后将溶液A与溶液B按体积比5∶1-5混合均匀，并静置，再经离心、洗涤、干燥后得到前驱体；

（b）将前驱体和硒源在研钵中充分研磨，使其混合均匀，然后将混合物在保护气氛下，于200-500 ℃煅烧2-5 h，然后冷却到室温，得到的黑色固体粉末即为金属硒化物活性材料；

（c）将金属硒化物活性材料、导电剂和粘结剂在有机溶剂中混合均匀，并涂覆在集流体上，经过真空干燥后得到金属硒化物电极材料，最后将金属硒化物电极材料和金属铝负极在离子液体电解质中组装成铝二次电池。

步骤（a）中，所述金属硝酸盐为硝酸钴、硝酸锌、硝酸铜、硝酸铁或硝酸镍。

步骤（a）中，所述咪唑类有机物为1-甲基咪唑或2-甲基咪唑。

步骤（a）中，所述溶剂为去离子水、甲醇或无水乙醇。