[发明专利]双金属配位聚合物电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双金属配位聚合物电极材料及其制备方法，所制备的含有两种不同金属的配位聚合物复合材料是在合成镍基配位聚合物M_Ni‑CPs的基础上，通过离子交换的作用进一步引入第二种金属Co以得到双金属配位聚合物M_Co/Ni‑CPs。本发明的双金属配位聚合物(M_Co/Ni‑CPs)材料相比于单金属配位聚合物不仅具有更高的比表面积，能够激活材料中镍离子的储锂活性，而且能够进一步提升有机配体苯羧酸中C＝O官能团的储锂活性。同时该材料制备工艺反应时间短，对设备要求低，具有良好的前景。

技术领域

本发明涉及一种配位聚合物材料及其制备方法，特别是涉及一种金属配位聚合物电极材料及其制备方法，属于锂离子动力电池电极材料制备技术领域。

背景技术

不断增长的能源需求和全球化石燃料资源的枯竭促使人们进行了许多尝试来开发可持续能源替代品，包括可再生能源技术和基于可持续能源的器件。在当前使用的电化学能源存储(EES)设备中，锂离子电池(LIBs)由于其高能量密度大于180Wh·kg^-1，较长的使用寿命(2-3年)和无记忆效应而被广泛地应用于高级电动汽车和电网规模的储能中。众所周知，商用石墨负极材料的理论比容量相对较小，为372mAh·g^-1，因此，容量更高、寿命更长的新型负极材料得到了研究人员的广泛关注，例如过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、硅和磷等。但是这些无机材料往往容易造成严重的环境污染，而作为其替代材料的有机电极材料，尤其是具有氧化还原活性官能团的有机小分子或聚合物，由于环境友好性而引起了广泛的关注。

配位聚合物(CPs)是通过金属离子与有机配体的配位而得到的，具有多孔有序的结构，属于有机电极材料典型代表之一。CPs在各种领域都显示出巨大的潜力，包括催化，气体存储，传感器和分离以及能量存储。当CPs作为LIBs的电极材料，可分为两种情况。首先，由于其本身具有金属离子，CPs可以用作合成多孔过渡金属化合物的前体。其次，CPs可以直接用作LIBs的电极，因为其所含有机配体或金属阳离子本身就具有氧化还原活性，可以提供储锂活性位点。但是，与它们的衍生材料，即金属化合物如金属氧化物/硫化物相比，CPs直接用作电极材料的报道仍然较少。

据报道，到目前为止，当用作LIBs的电极材料时，具有较高的可逆锂存储容量的单纯的CPs材料还是较为少见。这可能是由于单纯的CPs材料导电性差、活性位点少等缺点限制了其电化学储能。然而双金属基CPs材料可以通过第二种金属离子的引入得到具有较高比表面积、较多活性位点的多孔材料。另外双金属基CPs材料的构建可以克服CPs材料固有的缺点，同时产生的协同效应可以为特定应用提供多功能性质。双金属基CPs材料在锂离子电池储能方向的应用将是可以进行更深入研究的一个学术方向，现有报道的金属基配位聚合物存在活性位点少和可逆容量小的缺点，性能不够理想，限制了金属基CPs材料的应用，这成为困扰锂离子动力电池行业发展并亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种双金属配位聚合物电极材料及其制备方法，含有两种不同金属的配位聚合物材料，显著增加了金属基配位聚合物的活性位点，并提高了电极材料的可逆容量。本发明采用简单的微波辅助溶剂热法合成，基于离子交换的原理引入第二种金属离子，通过二次微波反应得到M_Co/Ni-CPs，制备工艺反应时间短，对设备要求低，具有良好的前景。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种双金属配位聚合物电极材料，其结构式为M_Co/Ni-CPs，形成含有两种不同金属钴和镍的配位聚合物。

一种双金属配位聚合物电极材料的制备方法，形成含有两种不同金属钴和镍的配位聚合物，其结构式为M_Co/Ni-CPs，M_Co/Ni-CPs呈现出球形的形貌。