[发明专利]一种锂离子电池用的板砖型Al-MOF负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种锂离子电池用的板砖型Al‑MOF负极材料及其制备方法和应用。本发明方法，包括如下步骤：通过水热法制备板砖型Al‑MOF材料；利用板砖型Al‑MOF材料制备锂离子电池用板砖型Al‑MOF负极材料。本发明实现了硅铝合金去合金化处理后副产物金属铝离子的再生利用，成本低廉，工艺及其所用设备简单，易于规模化工业生产，具有很好的市场价值。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用的板砖型Al-MOF负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭和环境污染问题的日趋严重，开发可再生绿色无污染的新能源技术迫在眉睫，其中锂离子电池作为目前应用最为广泛的二次绿色电池，其能量密度和循环稳定性的继续提高显得意义更加重大，而负极材料是锂离子电池突破发展的关键一环。目前商业化使用的负极材料主流市场仍是石墨，但是由于其储锂能力有限，且技术开发处于瓶颈阶段，所以近些年来很多研究者把目光聚焦于拥有高理论储锂容量的硅负极材料(～4200mAh/g)，但是硅材料在充放电过程中体积膨胀较大，结构稳定性差，导电性较差，容易造成电极材料的粉碎和容量的严重衰减。为了克服这些缺点，国内外学者提出了很多解决方案，目前普遍认为硅碳复合材料、尺寸纳米化和结构多孔化是未来发展硅基负极材料的有效手段，其中越来越多的研究者通过去合金化方法得到多孔硅结构。为了满足超过300％的硅体积膨胀问题，一般选择的硅基合金原材料的合金质量比例是大于60％以上的，但是去合金化后的大量金属离子副产物的回收或者再生利用问题却鲜有人关注解决，其造成了极大的材料经济损失和环境污染问题，不利于可持续绿色发展。

金属有机骨架材料(MOFs)，又称为金属配位聚合物，是指无机金属或者金属簇与有机配体通过配位键链接而成的晶体材料，其具有高孔隙率、高比表面积、孔径可调的多维网络孔洞结构。相比于常规的多孔材料，金属有机骨架材料具有以下三大优点：调控金属离子和有机配体长度可以有效控制材料的形貌、比表面积及孔径等织构性能；内部三维孔道体系发达，无死体积；骨架表面的金属离子含量高，可利用率高。近年来，金属有机骨架衍生材料被广泛应用在吸附，能源材料，催化材料，环境大气治理等多个领域。目前，常用的制备方法包括水热法、溶剂热、微波法、电化学法等。

综上，本发明针对硅铝合金去合金化处理后金属铝离子的再生利用问题，提供了一种水热法制备，适合工业化推广的板砖型Al-MOF结构材料，并将其首次用于锂离子电池负极材料中，表现出优越的循环性能。

发明内容

根据上述提出的去合金化后的大量金属离子副产物的回收或者再生利用问题鲜有人关注解决，造成了极大的材料经济损失和环境污染问题，不利于可持续绿色发展的技术问题，而提供一种锂离子电池用的板砖型Al-MOF负极材料及其制备方法和应用。本发明主要利用水热法成功制备出颗粒大小均匀的纳-微米级“板砖”型金属有机骨架Al-MOF材料，并将其首次成功用于锂离子电池负极材料中，表现出优越的循环稳定性。

本发明采用的技术手段如下：

一种锂离子电池用的板砖型Al-MOF负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、板砖型Al-MOF材料的制备；

S11、提供经氮气高压高速雾化技术制备的铝硅合金粉为原材料，所述铝硅合金粉的粒径尺寸大小为0.1-100μm；

S12、将一定量的所述铝硅合金粉与无机酸溶液混合，温和磁力搅拌，进行去合金化反应，反应时间为1-48h，反应温度为25-100℃；

S13、反应完成后，通过抽滤装置进行固液分离，得到的多孔硅固体颗粒用去离子水和无水乙醇溶液清洗3-6次，得到的滤瓶中的铝盐溶液单独收集备用；

S14、将所述铝盐溶液和有机酸溶液加入一定体积的去离子水中，混合溶解；