[发明专利]一种金属有机框架衍生硫化铁@碳纳米复合材料制备方法

说明书

一种金属有机框架衍生硫化铁@碳纳米复合材料制备方法，所属锂离子电池负极材料技术领域，通过富马酸和硝酸铁水热反应得到纺锤状的MIL‑88纳米颗粒，再进行掺硫，煅烧后得到碳包覆、硫掺杂核壳结构的硫化铁@碳纳米复合材料。本发明制备的MIL‑88(MOFs)衍生的金属硫化物保留了前驱体的框架结构，并在煅烧过程中金属有机框架材料MIL‑88中的有机配体会发生裂解，形成碳包覆的硫化铁芯的核壳结构，该种结构不仅可以抑制电极材料在充放电过程中体积发生膨胀以调节结构的完整性，同时形成的活性炭可以提高电极材料的导电性，改善电池性能。制备过程具有低成本、操作简便、环境友好等优点，具有良好的可实现性。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种金属有机框架衍生硫化铁@碳纳米复合材料制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前应用比较广泛的新型储能器件，其具有能量密度高、循环寿命长、使用安全性高等特性，可以用来满足人们对便携式电子设备日益增长的需求。在锂离子电池系统中负极材料是影响电池性能的关键因素之一，目前商业化的石墨负极材料，由于其较低的理论容量严重阻碍了锂离子电池的进一步发展，因此，研发出具有高能量密度、价格低廉、绿色环保的新型负极材料是当前锂离子电池领域的研究热点。

金属有机框架材料(MOFs)是由金属单元和有机配体协同作用组成的一种具有独特结构的多孔材料，并广泛应用于催化、储氢等领域。最近，金属有机框架材料也被作为前驱体材料或者模板来构建新型的纳米结构材料用于储能技术方面。公开号为CN107658449A的发明专利公开了一种锂电池电极材料的制备方法，该发明是选用金属有机框架材料MOF₅直接作为锂电池的电极材料，展示出良好的充放电性能。公开号为CN109759134A的发明专利公开了一种基于金属有机框架材料的电极及其制备方法，该发明是通过水热反应制备Cu基MOF材料并用于电容去离子技术的电极材料。然而，金属有机框架材料(MOFs)的导电性能差且颗粒间容易发生团聚，这些缺点严重限制了其在新型储能领域的应用。以上所公开的专利并没有考虑到金属有机框架材料(MOFs)的缺点，以及相应的制备成本等问题。因此，如何完善金属有机框架材料(MOFs)的不足是实现其作为新型锂离子电池负极材料的关键因素。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种金属有机框架衍生硫化铁@碳纳米复合材料制备方法，将纺锤状的MIL-88作为铁源，硫脲作为硫源，通过低温煅烧后得到具有纺锤状碳包覆、硫掺杂的硫化铁，增加可供锂离子嵌入的活性位点，以提高电池容量。同时，在煅烧过程中，MIL-88中金属-有机配体发生断裂在衍生物表面实现碳层包覆，从而提高基体材料的导电性，并解决了颗粒间相互团聚的问题，使其作为锂离子电池负极实现高能量密度和良好的循环稳定性，其具体的技术方案如下：

一种金属有机框架衍生硫化铁@碳纳米复合材料制备方法，包括如下步骤：

步骤1，制备铁基金属有机框架材料：

按(279～1114)g硝酸铁:(968～3870)g富马酸的比例称取硝酸铁和富马酸，溶于50～80L的超纯水中，搅拌均匀，得到橙色透明的混合溶液，然后将混合溶液转移至水热反应釜中进行水热反应，随后冷却至室温，将反应得到的溶液进行离心分离，再用超纯水和无水乙醇反复洗涤，最后进行真空干燥，得到纺锤状的MIL-88纳米颗粒，即铁基金属有机框架材料；

步骤2，制备硫化铁@碳纳米复合材料：

按质量比为MIL-88纳米颗粒:硫脲＝1:(4～8)的比例，将MIL-88纳米颗粒与硫脲进行混合并研磨，研磨均匀后置于磁舟中，然后转移至管式炉中进行煅烧，最后随炉冷却至室温，得到碳包覆、硫掺杂并具有纺锤状碳包覆结构的硫化铁@碳纳米复合材料，即金属有机框架衍生硫化铁@碳纳米复合材料；

所述步骤1中，搅拌时间为10～30min；

所述步骤1中，水热反应釜的内衬为聚氟乙烯内衬；