富含氧空位花瓣状锂电池负极材料及制备方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池材料，具体涉及富含氧空位花瓣状锂电池负极材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、由于化石资源的逐渐枯竭，对可持续能源的需求不断增加。在可持续能源发展中至关重要的是可逆电力储存而引起了广泛的关注。锂离子电池（lib）因其能量密度高，循环性能稳定和无记忆效应等优点而从许多可逆电存储设备中脱颖而出，此外，锂离子电池还广泛用于便携式电子产品，电动汽车的电源等。然而，由于商用石墨负极的理论容量低、高倍率性能差，目前的锂离子电池不能完全满足电子和电动汽车的快速充电和大容量需求。为了实现锂离子电池的可持续发展，迫切需要开发高倍率/容量的新型负极材料。

2、以金属有机骨架（mof）为前驱体设计不同的电池材料，反应后仍可保留原有mof的不同形貌优势。mof衍生的多孔结构不仅具有更大的比表面积，而且还暴露出更多的活性位点，有利于锂离子的接触以及电池整体的充放电反应，在锂离子电池负极材料中表现出优异的性能。层状双氢氧化物(ldhs)以其组成结构可调，高的电化学活性和理论比电容引起了人们的广泛关注，因此，基于mof材料设计ldhs锂离子电池负极材料具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中锂离子电池负极材料比容量低的问题，本发明提供了富含氧空位花瓣状锂电池负极材料及制备方法和应用，通过水热法和浸渍法合成富含氧空位花瓣状锂电池负极材料，增强电极的能量转换效率和倍率性能。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）cuco-mof的制备：以硝酸钴，硝酸铜，二甲基咪唑为原料，水为溶剂，超声混合均匀，加入处理过的碳布，并在60℃静置1小时后，洗涤、干燥得到碳布负载的cuco-mof；

5、（2）fecuco-ldh的制备：步骤（1）中碳布负载的cuco-mof、硝酸铁和尿素溶于乙醇溶剂中，置于水热反应釜中反应，反应结束后，洗涤、干燥得fecuco-ldh；

6、（3）富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备：将步骤（2）制备的fecuco-ldh置于硼氢化钠水溶液中浸泡，洗涤、干燥得富含氧空位花瓣状锂电池负极材料。

7、进一步地，步骤（1）中所述的硝酸钴为co(no3)2·6h2o，硝酸铜为cu(no3)2·3h2o，co(no3)2·6h2o、cu(no3)2·3h2o和二甲基咪唑的质量比为1：1：1.9~2.8。

8、进一步地，步骤（2）中所述的硝酸铁为fe(no3)3·9h2o，fe(no3)3·9h2o与尿素的质量比为1：2。

9、进一步地，步骤（2）中水热反应温度为100~150℃，水热反应时间为1~4h。

10、进一步地，步骤（3）中硼氢化钠水溶液的浓度为0.005g/ml。

11、进一步地，步骤（3）中浸泡温度为0℃，浸泡时间为5~20min。

12、进一步地，干燥温度为60℃。

13、进一步地，步骤（1）中碳布的处理方法为将碳布裁剪面积为1×2cm2的碳布，将其用丙酮、乙醇和水分别超声清洗5min，并在60度烘箱中烘干备用；步骤（2）中每块碳布中加入50~100mg硝酸铁。

14、本发明中，所述的制备方法制备得到的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料。

15、本发明中，所述的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料在制备锂离子电池中的应用。

16、本发明中，铁铜钴三元过渡金属的协同效应带来电子结构和组成比例的深度优化，可以提高材料的倍率性能和整体稳定性；利用金属有机框架(mof)作为牺牲模板生长ldhs材料是优化纳米结构的合理有效策略，增加与反应物的接触面积，并为化学反应提供更多的场所；作为修饰电极材料本征活性的一种常用方法，氧空位的制备可以改变活性材料的电子结构，被广泛应用于制备高性能电极材料。通过引入氧空位使得ldhs材料表面具有更快的电荷储存动力学和更活跃的反应中心；该材料在制备新一代锂离子电池负极材料方面具有广阔的应用潜力。

17、本发明取得的有益效果为：通过水热法和浸渍法合成富含氧空位花瓣状锂电池负极材料，采用cuco-mof作为模板原位生长fecuco-ldh纳米片，保留了母体mof固有的多孔结构，还可以提供更多暴露的活性位点，便于电解质离子的运输；另一方面，氧空位的引入可以增加电化学活性中心，降低反应过程中的电荷转移阻抗，提高电子和离子的转移速率，从而增强电极的能量转换效率和倍率性能。

技术特征：

1.富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的硝酸钴为co(no3)2·6h2o，硝酸铜为cu(no3)2·3h2o，co(no3)2·6h2o、cu(no3)2·3h2o和二甲基咪唑的质量比为1：1：1.9~2.8。

3.根据权利要求1所述的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的硝酸铁为fe(no3)3·9h2o，fe(no3)3·9h2o与尿素的质量比为1：2。

4.根据权利要求1所述的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中水热反应温度为100~150℃，水热反应时间为1~4h。

5.根据权利要求1所述的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中硼氢化钠水溶液的浓度为0.005g/ml。

6.根据权利要求1所述的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中浸泡温度为0℃，浸泡时间为5~20min。

7.根据权利要求1所述的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，干燥温度为60℃。

8.根据权利要求1所述的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中碳布的处理方法为将碳布裁剪面积为1×2cm2的碳布，将其用丙酮、乙醇和水分别超声清洗5min，并在60度烘箱中烘干备用；步骤（2）中每块碳布中加入50~100mg硝酸铁。

9.一种权利要求1~8任一项所述的制备方法制备得到的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料。

10.一种权利要求9所述的富含氧空位花瓣状锂电池负极材料在制备锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明公开了富含氧空位花瓣状锂电池负极材料及制备方法和应用，属于锂离子电池材料技术领域。以硝酸钴，硝酸铜，二甲基咪唑为原料，水为溶剂，超声混合，加入处理过的碳布，60℃静置1小时后洗涤、干燥得碳布负载的CuCo‑MOF；碳布负载的CuCo‑MOF、硝酸铁和尿素溶于乙醇中，水热反应后洗涤、干燥得FeCuCo‑LDH；FeCuCo‑LDH置于硼氢化钠水溶液中浸泡，洗涤、干燥得富含氧空位花瓣状锂电池负极材料，该材料保留了母体MOF固有的多孔结构，提供更多暴露的活性位点，便于电解质离子的运输，同时氧空位的引入增强电极的能量转换效率和倍率性能，在锂离子电池领域具有良好的应用前景。

技术研发人员：华艳飞,程终发,姚娅,李延延,周荣奇,申义驰,王东海,王宁宁,任真真,隋天威,渐倩,李大婷
受保护的技术使用者：山东泰和科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13