新型多孔骨架MIL-101(Cr)@S锂硫电池正极复合材料的制备方法

摘要

本发明公开一种锂硫电池正极材料金属有机骨架MIL-101(Cr)@S复合材料的制备方法，其利用熔融扩散法将硫均匀负载到多孔晶体MIL-101(Cr)的三维孔道之中，形成MIL-101(Cr)@S复合材料。复合材料中的金属有机骨架晶体材料具有超高的比表面积、孔容以及规整的中微双孔的3维骨架结构，可牢固地将硫组分以纳米形式吸附于3维骨架之中。因此起到分散硫颗粒和固定硫颗粒的双重功效。电化学性能测试表明，此方法制备的MIL-101(Cr)@S复合材料在不同的充放电密度下均保持良好的充放电可逆性，在倍率为0.1C和0.8C下循环100次和120次其放电比容量分别保持在685和387mAh/g。本发明的优势在于：过程简单，操作方便，材料性能优异等特点，适合大规模工业化生产。

主权项

采用熔融扩散法制备高容量和优良循环性能的金属有机骨架MIL‑101(Cr)@S复合材料的制备方法，其特征在于：利用以MIL‑101(Cr)超高的比表面积、孔融和规整的中微双孔的三维骨架结构，将硫组分以纳米颗粒的形式吸附于孔道之中，起到固硫和分散硫的双重作用，以解决锂硫电池的正极材料中活性组分硫在电解液中的溶解所导致电池容量衰减过快的问题，包括如下步骤：(1) MIL‑101(Cr)金属有机骨架材料的合成：将2.0‑2.4 g的Cr(NO3)3·9H2O和0.833‑0.996 g的对苯二酸H2BDC溶解于30‑50mL去离子水中，再加入0.26 ‑0.30 mL的HF，充分溶解后将溶液移入50‑100 mL容量的聚四氟乙烯反应罐内，再将反应罐置于不锈钢外套中并密封；将反应罐放入程序升温炉中进行水热反应，升温程序为：以5‑10 ºC/min将溶液从室温加热至210‑220 ºC，并保持8‑10 h，之后再以0.4‑0.6 ºC/min的降温速率将溶液降至室温；待溶液冷却至室温后，将结晶物依次进行水洗、二甲基甲酰胺（DMF）洗和乙醇洗后离心，过滤，干燥，制得MIL‑101(Cr)金属有机骨架材料(2) 金属有机骨架MIL‑101(Cr)@S复合材料的制备：将重量比例为(1.6‑3.2)S/1.0MIL‑101(Cr)的硫和MIL‑101(Cr)球磨混料，然后将球磨后的粉末放入程序升温炉中进行热处理，最终得到MIL‑101(Cr)@S复合材料。