[发明专利]氧化锡修饰的钴锌双金属有机骨架衍生碳复合材料制备方法

说明书

本发明提供了一种用于锂离子电池电极材料的氧化锡修饰的钴锌双金属有机骨架衍生碳复合材料及其制备方法。首先制备出钴锡双金属有机骨架，其次采用浸渍法在钴锌双金属有机骨架内部和表面吸附锡离子低温煅烧得到氧化锡，最后在高温条件将有机骨架碳化。本发明公开的氧化锡修饰的钴锡双金属有机骨架衍生碳复合材料，通过氧化锡的加入有效改善了传统碳材料作为电极理论容量低的缺点，氧化锡与碳材复合后提高了可逆容量和循环稳定性，在0.1C的电流密度下首次可逆容量达到997mAh/g，并且在1.6C的大电流密度下，比容量可稳定保持在603mAh/g。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，特别涉及一种氧化锡修饰的钴锌双金属有机骨架衍生碳锂离子电池电极材料。

背景技术

随着传统化石燃料供应的枯竭，太阳能和风能等可再生能源已被广泛认为是解决潜在能源危机的替代方法。然而，太阳能和风能等受到自然因素的影响稳定性差，因此通过将太阳能和风能转化为电能进入电网，开发可充电电池等电能存储技术以解决其间歇性问题非常关键。到目前为止，许多证据证明锂离子对于电网储能具有广阔的前景，在人类社会生活中，锂离子电池也得到了了广泛的应用，例如电子产品、电动汽车等。但是随着人们对高能量密度的需求日益增长，主要商业电池负极材料石墨的理论容量(372mAh/g)较低，已经无法满足需求，迫切需要开发高比容量的负极材料。氧化锡(SnO₂)因为其具有较高的理论比容量和较丰富的资源储备量引起了人们的注意。但是SnO₂电极在脱嵌锂的过程中严重的体积效应和SnO₂还原成Sn的过程不可逆，造成了SnO₂负极的首次不可逆容量较大，这些问题都限制了SnO₂的进一步发展。

发明内容

为了解决上述背景中所出现的问题，本发明提供了一种氧化锡修饰的钴锌双金属有机骨架衍生碳复合材料，用作锂离子电池电极材料。本发明通过下述技术方案实现：

一种氧化锡修饰的钴锌双金属有机骨架衍生碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)钴锌双金属有机骨架的制备：将2-甲基咪唑完全溶解在80ml甲醇/乙醇混合溶剂中，剧烈搅拌至完全溶解。将Co(NO₃)₂·6H₂O和Zn(NO₃)₂·6H₂O添加到80mL甲醇/乙醇混合溶剂，剧烈搅拌至完全溶解。将上述两种溶液快速混合后搅拌30min后置于室温下老化。最后，通过离心收集沉淀物，用去离子水和乙醇洗涤，然后在60℃下干燥12小时收集得到钴锌双金属有机骨架。

(2)SnO₂修饰钴锌双金属有机骨架的制备：将一定量的SnCl₄溶于80ml甲醇/乙醇混合溶剂中，加入步骤(1)所得钴锌双金属有机骨架，将经过SnCl₄浸渍后的钴锌双金属有机骨架在150～250℃下空气中煅烧1～6h，冷却至室温后收集得到SnO₂修饰钴锌双金属有机骨架。

(3)氧化锡修饰钴锌双金属有机骨架衍生碳复合材料的制备：将步骤(2)制得SnO₂修饰钴锌双金属有机骨架置于石英管式炉内，在高纯度的氩气的气氛中退火处理，升温速率为2℃/min，有机配体在高温下碳化，最后冷却收集得到氧化锡修饰钴锌双金属有机骨架衍生碳复合材料。

其中，步骤(1)所述二甲基咪唑、Co(NO₃)₂·6H₂O和Zn(NO₃)₂·6H₂O用量分别为24～72mmol、4～8mmol、4～8mmol。

优选的，步骤(1)所述，甲醇和乙醇混合溶剂，甲醇和乙醇体积比为1:1。

进一步的，步骤(1)所述，混合溶液在室温下的老化时间为12～24h。