[发明专利]含有ZIF-67纳米颗粒的电解液制备方法及电池应用

说明书

本发明提供的一种含有ZIF‑67纳米颗粒的电解液制备方法，属于锂金属电池领域，先合成ZIF‑67纳米颗粒，然后在80～100℃下真空活化12～24h，将真空活化后的ZIF‑67纳米颗粒分散至锂硫电池电解液中，搅拌均匀后得到ZIF‑67纳米颗粒的浓度为0.4～0.6g/L的电解液。本发明采用的ZIF‑67金属有机框架中的不饱和金属钴离子具有路易斯酸性，可吸附锚定电解液中的阴离子，调控阴、阳离子的扩散迁移；ZIF‑67的多孔结构利于Li离子的传输，实现锂均匀沉积，抑制枝晶生长，同时有效抑制穿梭效应；应用所述电解液的高负载锂硫电池具有无枝晶生长的锂对称电池循环稳定性，以及高负载的高初始容量。

技术领域

本发明涉及锂金属电池领域，具体而言，涉及含有ZIF-67纳米颗粒的电解液制备方法及电池应用。

背景技术

锂(Li)金属负极由于具有极高的理论容量(约3860mAh g^-1)在近年来被广泛研究，匹配硫正极的锂硫电池(Li-S)，因其具有较高的能量密度(约2600Wh kg^-1)而受到关注。然而，向实际应用靠拢的高负载锂硫电池在施加大电流的情况下，因锂枝晶刺穿导致的电池短路和穿梭效应所引发的容量衰减问题，是阻碍其发展的重要因素。

为此，多种抑制锂枝晶生长和穿梭效应的方法策略应运而生。其中，电解质改性因方法简单易操作、利于大规模制造而极具潜力，其原理是通过改性来调节电解质中的离子迁移行为，使离子尽可能地均匀分布在电极表面，进而使Li能够尽可能均匀地沉积，从而缓解局域放电等引发的枝晶生长刺穿隔膜。在锂硫电池中，Li离子迁移到Li负极表面后的分布越均匀，局部荷电便越小，Li沉积便越均匀，因此许多研究者从直接调节Li离子分布的角度来改善Li沉积，但是通过限制阴离子移动调节Li离子分布，进而改善Li沉积的研究甚少。

此外，高负载锂硫电池的穿梭效应也十分严重，容量衰减问题突出，除了研究较多的硫正极改性外，通过电解质添加剂改变溶液中多硫化物传输路径，从而抑制穿梭也不失为一种优良的策略。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供一种含有ZIF-67纳米颗粒的电解液制备方法，通过利用ZIF-67的金属有机框架吸附电解质的阴离子，改善Li负极表面Li离子的分布，抑制锂枝晶生长，同时缓解穿梭效应。

本发明的技术方案如下：

一种含有ZIF-67(沸石咪唑67号)纳米颗粒的电解液制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：合成ZIF-67纳米颗粒；

步骤2：将ZIF-67纳米颗粒在80～100℃下真空活化12～24h，以去除吸附在ZIF-67纳米颗粒孔内的杂质；

步骤3：将真空活化后的ZIF-67纳米颗粒分散至锂硫电池电解液中，搅拌均匀后，得到真空活化后的ZIF-67纳米颗粒的浓度为0.4～0.6g/L的电解液，即含有ZIF-67纳米颗粒的电解液。

进一步地，步骤1的具体步骤为：将六水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)溶于甲醇(CH₃OH)中，形成Co²⁺的浓度为0.1～0.2mol/L的混合溶液A；将2-甲基咪唑(C₄H₆N₂)溶于甲醇中，形成2-甲基咪唑的浓度为1.2～1.5mol/L的混合溶液B；将混合溶液A与混合溶液B以体积比3:2的比例混合均匀，在25～30℃下静置反应1h，再分别用去离子水和无水乙醇(C₂H₅OH)离心清洗三次，烘干后得到ZIF-67纳米颗粒。