[发明专利]一种三维介孔结构的金属有机骨架MIL-101-V的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种三维介孔结构的金属有机骨架MIL‑101‑V的制备方法及其应用，通过简单的水热反应，得到具有三维多孔结构的MIL‑101‑V复合材料。这种复合材料用作锌离子电池正极时，表现出优良的电化学性能，循环100圈后仍具有102.94mAh/g的放电比容量。本发明所用原料可再生，环境友好，且操作简单，在水系锌离子电池大规模能量存储方面有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及水系锌离子电池领域，尤其是涉及一种三维介孔结构的金属有机骨架MIL-101-V的制备方法及其应用。

背景技术

随着化石燃料的过度消耗，能源危机和气候恶化已经成为全球急需解决的问题。目前，锂离子电池作为一种传统的储能装置，由于其高能量密度和长寿命等优点，在电化学储能、电动汽车、柔性和可穿戴电子设备等领域被广泛使用。然而，由于锂离子电池安全性能差，以及锂资源的日益短缺，发展高比能和低成本的新型电池将成为电池领域的重点研究方向。

受益于Zn²⁺/Zn的低氧化还原电位(-0.76V相对于标准氢电极)、高理论比容量(820mAh g^-1)和良好的循环稳定性，锌离子电池已经逐渐成为研究的热门。同时，由于正极材料对锌离子电池电化学性能的突出影响，各类正极材料，如锰基材料、钒基材料、的普鲁士蓝类似物、碳材料、聚合物材料等皆被广范研究。在这些正极材料中，锰基材料由于其相对较高的能量密度更是被深入研究。

二氧化锰材料属于锰基正极材料的一种，其独特的隧道结构和晶型多样性可以显著提高锌离子电池正极材料的结构可设计性，同时二氧化锰正极材料成本低廉、环境友好、安全性高，使其具有广阔的应用前景。但是二氧化锰正极材料本身导电性差，结构稳定性低，从而对锌离子电池的倍率性能和长循环稳定性能造成了不利的影响。目前商用的二氧化锰颗粒尺寸很大，导电性较差，充放电比容量低，且在与导电剂混合制备电极混合制备电极过程中容易出现分散不均匀等现象，难以在高电流密度下保持稳定的大倍率充放电循环性能。因此，对二氧化锰材料进行改性优化将有效提升锌离子电池的整体性能。

中国文献CN112582602A公开的方法中利用机械球磨的方法，用对苯二甲酸系列酸或盐、锌盐和导电添加剂制备锌离子电池正极。这种球磨方法得到的复合材料复合状态不稳定，且用此发明所得的复合材料作为正极材料制成的锌电池，电池容量在90mAh/g左右。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种具有较高的比容量及循环稳定性的三维介孔结构的金属有机骨架MIL-101-V的制备方法及其应用。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案一是：一种三维介孔结构的金属有机骨架MIL-101-V的制备方法，按以下步骤进行：

S1：将氯化钒和对苯二甲酸分别分散在由无水乙醇和去离子水混合制成的混合溶液中，然后加入氨水搅拌均匀得到混合体；

S2：将混合体装进反应釜中，进行水热反应，V³⁺与对苯二甲酸结合，洗涤干燥后得到三维介孔结构的金属有机骨架MIL-101-V复合材料。

进一步的，步骤S1中，对苯二甲酸和氯化钒的物质的量均为2mmol。

进一步的，步骤S1中，氨水浓度为25wt%。

进一步的，步骤S1中，氨水和混合溶液的体积比为1:5。

进一步的，步骤S1中，搅拌时间为30min。

进一步的，步骤S2中，水热反应的温度为160℃，时间为20h。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案二是：一种锌离子电池正极，所述锌离子电池正极的材质包括如上所述的方法制备的三维介孔结构金属有机骨架MIL-101-V复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案三是：一种锌离子电池，包括锌离子电池本体，所述锌离子电池本体的正极为上述的锌离子电池正极。