[发明专利]聚吡咯包覆多酸基金属有机框架复合材料、负极材料、碱金属离子电池及方法

说明书

本申请实施例提供了一种聚吡咯包覆多酸基金属有机框架复合材料、负极材料、碱金属离子电池及方法，所述复合材料包括过渡金属阳离子、邻菲罗啉配体、聚氧阴离子、水分子和聚吡咯，所述复合材料的化学式为[M^m+_nz/m(1,10‑phen)_x(H₂O)_y][A^n‑_z]@PPy，其中，M为过渡金属，“1,10‑phen”为1,10‑邻菲罗啉，A^n‑为聚氧阴离子，PPy为聚吡咯。本申请实施例提供的聚吡咯包覆多酸基金属有机框架复合材料作为碱金属离子电池负极具有比容量高、循环寿命长和倍率性能好的优点。

技术领域

本申请涉及碱金属离子电池技术领域，特别是涉及一种聚吡咯包覆多酸基金属有机框架复合材料、负极材料、碱金属离子电池及方法。

背景技术

离子电池是一种新型高效的化学电源，具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小和工作温度范围宽等优点，是当今各种便携式电子产品的理想化学电源，也是未来电动汽车优选动力电源，具有广阔的应用空间和经济价值。

离子电池通常由正极、负极和电解液组成。当对离子电池进行充电时，电池的正极上有离子生成，生成的离子经过电解液运动到负极，到达负极的离子嵌入负极中，其中嵌入负极的离子数量越多，充电容量越高；当对离子电池放电时，嵌在负极中的离子脱离，经过电解液回到正极，其中回到正极的离子越多，放电容量越高。也就是说，离子电池中负极材料的容量性能对离子电池的能量密度具有重要的影响。

多金属氧酸盐(polyoxometalates，POMs)是一类形状可控、结构多变的无机金属簇，由于活性高、选择性好，常被用于催化、光、电、磁等多个领域,具有多电子氧化还原性能、稳定性和结构多样性的POMs非常适合实现高容量的储能应用。例如，[PMo₁₂O₄₀]^3-(PMo₁₂)作为锂离子电池的负极时，在充电过程中，[PMo₁₂O₄₀]^3-中的12个Mo⁶⁺离子被还原为Mo⁴⁺，POMs形成超还原状态，即[PMo₁₂O₄₀]^27-存储24个电子，由于其转移电子数多，被赋予了“电子海绵”的性质。但是，POMs的比表面积相对较低(10m²/g)，并且在电解质中的溶解度较高，导致容量大大降低，阻碍了POMs作为锂离子电池负极材料的应用。

发明内容

本申请实施例中提供了一种聚吡咯包覆多酸基金属有机框架复合材料、负极材料、碱金属离子电池及方法，以利于解决现有技术中POMs作为锂离子电池负极材料容量较低的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种聚吡咯包覆多酸基金属有机框架复合材料，所述复合材料包括过渡金属阳离子、邻菲罗啉配体、聚氧阴离子、水分子和聚吡咯，所述复合材料的化学式为[M^m+_nz/m(1,10-phen)_x(H₂O)_y][A^n-_z]@PPy，其中，M为过渡金属，“1,10-phen”为1,10-邻菲罗啉，A^n-为聚氧阴离子，PPy为聚吡咯。

优选地，所述过渡金属为Fe、Co、Ni或Cu；所述聚氧阴离子为[Mo₆O₂₀]^4-、[W₃O₁₀]^2-或[V₁₃O₃₄]^3-。

第二方面，本申请实施例提供了一种聚吡咯包覆多酸基金属有机框架复合材料的制备方法，包括：