[發(fā)明專利]一種金屬二次電池負(fù)極用三維集流體及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710250367.2
• 申請(qǐng)日: 2017-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN106898778B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭玉國(guó);劉琳;殷雅俠;萬立駿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H01M4/64
• 分類號(hào): H01M4/64
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

1.一種金屬二次電池負(fù)極用三維多孔集流體的制備方法，所述金屬二次電池指直接使用金屬鋰、鈉、鉀和鎂中的一種或多種作為負(fù)極的二次電池，所述集流體為三維多孔中空碳纖維集流體，所述三維多孔中空碳纖維集流體的骨架同時(shí)存在多孔結(jié)構(gòu)和中空結(jié)構(gòu)且用于負(fù)載金屬負(fù)極，能夠抑制負(fù)極鋰枝晶生長(zhǎng)、提高庫倫效率，所述方法包括如下步驟：將生物質(zhì)原材料洗凈，烘干，輥壓，切片，并于700-1400℃，保護(hù)氣氛中煅燒30min-5h，生物質(zhì)原材料碳化成中空碳纖維，碳化結(jié)束后，停止加熱，維持保護(hù)氣體的通入，讓反應(yīng)爐降溫至室溫，取出樣品；然后使用一系列不同濃度的活化試劑浸泡超聲樣品若干小時(shí)，烘干，再在保護(hù)氣氛中，400-900℃，1℃-10℃/min升溫速率下，煅燒20min-6h，活化結(jié)束后，取出活化后的樣品，用稀鹽酸或稀硫酸洗滌，再用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌幾遍，烘干即得所需三維多孔中空碳纖維集流體，所述生物質(zhì)原材料為棉花、棉布、醫(yī)用脫脂棉、脫脂布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述三維多孔中空碳纖維集流體由微米碳纖維相互纏繞而成，微米碳纖維直徑為1-50μm；微米碳纖維為中空結(jié)構(gòu)，壁厚為0.5-6μm；單位面積孔體積為0.005-0.05cm³cm^-2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物質(zhì)原材料為棉花。

4.根據(jù) 權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，

所述保護(hù)氣氛為氬氣，氖氣或氮?dú)猓蚱浠旌蠚怏w；

所述碳化反應(yīng)溫度為800-1200℃；

所述碳化升溫速率為2℃-5℃/min；

所述碳化煅燒時(shí)間為1h-4h；

所述活化試劑為KOH、NaOH或Na₂CO₃；所述活化試劑的濃度為0.005-10M；

所述活化試浸泡超聲時(shí)間為1-6h；

所述活化的煅燒溫度為600-800℃；

所述活化的煅燒升溫速率為2℃-5℃/min；

所述活化的煅燒時(shí)間為30min-4h。

5.根據(jù) 權(quán)利要求4所述的方法，所述活化試劑為KOH；所述活化試劑的濃度為0.1-8M。

6.一種金屬二次電池負(fù)極，其特征在于：所使用的負(fù)極為金屬鋰、鈉、鉀和鎂中的一種或多種且負(fù)載于權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述方法制備的集流體之中。

7.一種金屬二次電池，其特征在于使用權(quán)利要求6所述負(fù)極。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬二次電池，所述電池選自鋰電池和鈉電池。

9.權(quán)利要求7或8所述金屬二次電池在制備高安全性、長(zhǎng)壽命、高能量密度型儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用。

10.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述方法制備的集流體在金屬鋰二次電池中抑制鋰枝晶、提高庫倫效率的用途，其通過將金屬鋰沿三維中空碳纖維骨架沉積而填充在中空碳纖維的管內(nèi)以及碳纖維之間的孔隙中，從而抑制鋰枝晶、提高庫倫效率。