一种内亲锂型多重限域/诱导锂负极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种内亲锂型多重限域/诱导锂负极及其制备方法和应用，包括平板金属集流体、复合在平板金属集流体表面的活性层；活性层包括胶粘剂以及分散在胶粘剂中的多重限域/诱导3D碳复合骨架材料，所述的碳复合骨架为类石榴状多重薄壁碳层封装结构，即通过微米中空碳球对数颗纳米复合碳球封装而成；所述的纳米复合碳球为纳米中空碳球内壁嵌有强亲锂性的贵金属纳米粒子结构，微米中空碳球为直径微米级掺氮碳球体；所述的碳复合骨架具有丰富的装填腔室，该腔室内填充有锂金属单质。本发明专利技术通过物理限域和选择性诱导锂沉积在中空碳骨架内腔来改善大电流下锂的沉积不均匀性，降低体积效应和界面副反应，提升锂金属负极的库伦效率和循环稳定性。率和循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种内亲锂型多重限域/诱导锂负极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂金属电池电极材料
，具体涉及了一种内亲锂型多重限域/诱导锂负极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂金属具有极高的理论比容量3860mAh g-1
，最低的电化学电位-3.04V(相对于标准的氢电极)，一直被认为是下一代高能二次电池体系最有潜力的负极材料。然而由于锂金属无骨架的本质，在反复地沉积/溶解过程中容易产生巨大的体积效应，造成SEI膜的破损，电解液界面不稳定和锂枝晶的生长。同时，锂金属固有的高活性易于跟电解液发生剧烈的副反应，滋生大量无效的固体电解质界面产物，不但造成活性锂的损失还影响库伦效率，以致锂金属电池循环性能的急剧恶化。
[0003]目前通过构筑3D骨架结构可将平面二维的锂金属负极转变成3D锂金属负极，3D多孔骨架具有巨大的比表面积，能为锂金属提供附着和支撑，有利于缓解锂金属反复沉积/溶解过程中的体积变化；同时又能有效地降低局部电流密度，抑制电极表面极化，阻碍锂枝晶的生长。例如赖延清等[Jiang H,Fan H,Han本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内亲锂型多重限域/诱导锂负极，其特征在于：包括平板金属集流体、复合在平板金属集流体表面的活性层；所述的活性层为具有梯度亲锂性的多层结构，每层均包括胶粘剂以及分散在胶粘剂中的含有不同贵金属纳米粒子含量的多重限域/诱导3D碳复合骨架材料，每层中的贵金属纳米粒子含量自平板金属集流体表面至活性层方向逐层降低；所述的3D碳复合骨架材料为类石榴状多重薄壁碳层封装结构，是通过微米中空碳球对若干纳米复合碳球封装而成；所述的纳米复合碳球为纳米中空碳球内壁嵌有强亲锂性的贵金属纳米粒子结构，微米中空碳球为微米级掺氮碳球体；所述的3D碳复合骨架具有丰富的装填腔室，该装填腔室内填充有锂金属单质。2.如权利要求1所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极，其特征在于：所述的3D碳复合骨架的微米中空碳球的平均直径为1～10μm；微米中空碳球和纳米复合碳球的壳体厚度均为15～100nm；微米中空碳球和纳米复合碳球均为石墨化碳和无定形碳中的至少一种；微米中空碳球中，氮含量为5～10.5at.％。3.如权利要求1所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极，其特征在于：所述的活性层为具有梯度亲锂性的三层结构，近平板金属集流体表面的最底层中的纳米复合碳球中的贵金属纳米粒子的含量为8～10at.％，中间层中的纳米复合碳球中的贵金属纳米粒子的含量为3～8at.％，最上层中的纳米复合碳球中的贵金属纳米粒子的含量为1～3at.％。4.如权利要求3所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极，其特征在于：所述的纳米复合碳球中的贵金属纳米粒子为银单质；银单质的粒径大小为0.1～100nm；所述的锂金属单质的填充量为0.4～150mAh/cm2。5.如权利要求1所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极，其特征在于：所述的活性层的每层的厚度均为2～1000μm；活性层复合在所述的平面金属集流体的两个平面上；所述的平面金属集流体的材料为铜、钛、镍、铁、钴中的至少一种，厚度为5～100μm。6.权利要求1～5任一项所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极的制备方法，其特征在于：分别将不同贵金属纳米粒子含量的多重限域/诱导3D碳复合骨架材料和胶粘剂混合浆化得到含不同贵金属纳米粒子含量的料浆，按照贵金属纳米粒子含量从高到低，依次将料浆涂覆于平面金属集流体表面，形成具有梯度亲锂性的三维宿主极片，干燥后向装填腔室中填充金属锂即得内亲锂型多重限域/诱导锂负极。7.如权利要求6所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极的制备方法，其特征在于，所述不同贵金属纳米粒子含量的多重限域/诱导3D碳复...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪波，赖延清，姜怀，董庆元，张治安，张凯，方静，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：