一种载锂复合骨架材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种载锂复合骨架材料及其制备方法和应用，所述载锂复合骨架材料为内封装有若干个中空薄壁纳米碳球的薄膜封装结构，所述中空薄壁纳米碳球内壁复合有低析锂过电位纳米粒子，所述薄膜为高析锂过电位膜层，所述膜层为单层或多层，膜层选自碳层、聚合物膜层、固态电解质膜层、氧化物膜层或离子/电子混合导体膜层；所述低析锂过电位纳米粒子定义为与锂反应电位大于0V的单质或化合物；所述高析锂过电位膜层定义为使锂在其表面的电沉积电位小于0V的膜层。本发明专利技术中的载锂复合骨架材料的内壁相较于薄膜更低的析锂电位，使得锂离子只能穿透碳壁优先在中空碳球内部形核并沉积，实现了锂金属的封装和持续均匀沉积/溶解。实现了锂金属的封装和持续均匀沉积/溶解。实现了锂金属的封装和持续均匀沉积/溶解。

【技术实现步骤摘要】
一种载锂复合骨架材料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
，具体涉及了一种载锂复合骨架材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂金属电池的负极通常为金属锂单质或含金属锂单质的电极，不同于常规的锂离子电池，在锂金属电池中负极是以沉积和溶解的方式进行充放电而非嵌入和脱出，其充放电机制为：充电:Li
+
+e＝Li；放电:Li
‑
e＝Li
+
。因此，相对于锂离子电池，锂金属电池是作用机制不同的全新电池体系。
[0003]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。然而锂金属活性强，跟电解液容易发生副反应，形成SEI膜不均匀、不稳定，在反复地沉积/溶解过程中SEI不断增多增厚，降低库伦效率；另一方面锂金属无骨架的本质，容易在反复充放电过程中产生巨大的体积效应和不可控的锂枝晶，造成潜在的安全隐患，阻碍了其实用化。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种载锂复合骨架材料，其特征在于：为内封装有若干个中空薄壁纳米碳球的薄膜封装结构，所述中空薄壁纳米碳球内壁复合有低析锂过电位纳米粒子，所述薄膜为高析锂过电位膜层，所述膜层为单层或多层，膜层选自碳层、聚合物膜层、固态电解质膜层、氧化物膜层或离子/电子混合导体膜层；所述低析锂过电位纳米粒子定义为与锂反应电位大于0V(Vs.Li/Li
+
)的单质或化合物；所述高析锂过电位膜层定义为使锂在其表面的电沉积电位小于0V(Vs.Li/Li
+
)的膜层。2.如权利要求1所述的载锂复合骨架材料，其特征在于：所述的中空薄壁纳米碳球中含有亲锂官能团，所述亲锂官能团为含氮、含氧、含氟、含硫官能团中的一种或多种的组合；所述的中空薄壁纳米碳球为圆球形、橄榄球形、圆盘形、柿子饼形、红细胞形中的至少一种；所述中空薄壁纳米碳球的粒径大小为10～990nm，数量为1个或多个；所述的中空薄壁纳米碳球的壳体和高析锂过电位膜层的厚度均为0.1～100nm。3.如权利要求1所述的载锂复合骨架材料，其特征在于：所述低析锂过电位纳米粒子为可嵌锂化合物或能与锂合金化的单质；所述可嵌锂化合物为Ag2O,Co3O4,NiO,ZnO,Cu
x
O,MgO,Ag2S,Cu2S,Ni
x
N,Cu
x
N,Ni2P,Cu3P,CoP,ZnP,SnP,FePO4,Li
x
Mn2O4,Li
x
CoO2中的一种或多种的组合；所述单质为石墨、硼、银、金、铂、锌、镁、钴、锡、锗、硅、铝、铟、钙中的一种或多种的组合。4.如权利要求3所述的载锂复合骨架材料，其特征在于：所述低析锂过电位纳米粒子与中空薄壁纳米碳球内壁的复合形式为点缀、镶嵌或贯穿方式。5.如权利要求1所述的载锂复合骨架材料，其特征在于：所述碳层为石墨化碳层和无定形碳层中的一种或多种的组合；所述聚合物为CMC
‑
Li、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸锌、聚丙烯酸镁、聚丙烯酸铝、羧甲基纤维素锂、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
‑
CO
‑
六氟丙烯)中的一种或多种的组合；所述氧化物为氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化锗中的一种或多种的组合；所述固态电解质为磷酸锗铝锂(Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3)、石榴石型Li7La3Zr2O
12
、Li
1.4
Al
0.4
Ti
1.6
(PO4)3、铌酸锂、锆酸锂、磷化锂、氮化锂、氟化锂、钛酸锂的一种或多种的组合；所述的混合离子/电子导体为LiC6、Li
22
Si5、Li9A
l4
、Li
15
Ge4、Li
22
Sn5、CuLi
x
的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖延清，洪波，姜怀，赖俊全，李劼，周言根，张治安，张凯，覃富荣，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：