[發(fā)明專利]納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料、其金屬鋰復(fù)合物、它們的制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710617358.2
• 申請(qǐng)日: 2017-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN109309203A
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭峰;王亞龍;康拓;劉承浩;陳鵬;沈炎賓;盧威;陳立桅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中能中科（天津）新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 賀衛(wèi)國(guó)

公開了一種納米碳顆粒?多孔骨架復(fù)合材料、其金屬鋰復(fù)合物、它們的制備方法及應(yīng)用。納米碳顆粒?多孔骨架復(fù)合材料中，多孔骨架是直徑1?100微米的碳基多孔微球材料，或是具有微米尺度孔徑分布的內(nèi)部孔隙的多孔金屬材料，納米碳顆粒分布于碳基多孔微球材料或多孔金屬材料的孔隙內(nèi)及表面上。納米碳顆粒?多孔骨架復(fù)合材料與熔融金屬鋰混合形成鋰?納米碳顆粒?多孔骨架復(fù)合材料，存在于該材料中的納米碳顆?？梢栽陔姵匮h(huán)過(guò)程中更好地傳導(dǎo)鋰離子，從而抑制金屬鋰枝晶的生成，提高電池的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合材料，特別涉及一種納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料、其金屬鋰復(fù)合物、它們的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰電池因其高的比能量、長(zhǎng)的循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子，電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能等領(lǐng)域。但是目前鋰電池是以含有鋰元素的化合物作為正極，和石墨作為負(fù)極，而石墨類負(fù)極材料的比容量極限約為370mAh/g，基于這種負(fù)極材料已經(jīng)難以進(jìn)一步提高鋰電池的能量密度，難以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)更高能量密度鋰電池的需求。由于金屬鋰負(fù)極具有高的比容量(3860mAh/g)，低的電極電勢(shì)(-3.04V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，鋰電池因其高的比能量、長(zhǎng)的循環(huán)壽命，高電壓而廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能等領(lǐng)域。金屬鋰負(fù)極具有高的比容量(3860mAh/g)，低的電極電勢(shì)(-3.04V vs SHE)和小的密度(0.59g/cm³)一系列優(yōu)勢(shì)，采用金屬鋰作為電池負(fù)極能明顯提高鋰電池的能量密度。同時(shí)金屬鋰作為電池負(fù)極，可以提供鋰離子，那么正極可以采用容量更高的不含鋰元素的材料，例如硫，空氣。

然而，金屬鋰負(fù)極電池在循環(huán)過(guò)程中不斷形成枝晶和“死鋰”，導(dǎo)致庫(kù)倫效率低、循環(huán)壽命短。更重要的是，枝晶的生長(zhǎng)有可能會(huì)刺穿隔膜造成正負(fù)極相接而發(fā)生內(nèi)部短路，導(dǎo)致釋放出大量的熱，造成電池的燃燒甚至爆炸。上述問(wèn)題使金屬鋰負(fù)極在近幾十年的應(yīng)用受到極大的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料、其金屬鋰復(fù)合物、它們的制備方法、包含它們的電極和電化學(xué)電池，用以抑制金屬鋰枝晶的生成，提高電池的安全性和/或循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

在一些實(shí)施方式中提供了一種納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料，其中所述多孔骨架是直徑1-100微米的碳基多孔微球材料，或是具有微米尺度孔徑分布的內(nèi)部孔隙的多孔金屬材料，所述納米碳顆粒分布于所述碳基多孔微球材料或所述多孔金屬材料的孔隙內(nèi)及表面上。

在一些實(shí)施方式中提供了一種制備納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料的方法，包括：將碳納米管或碳納米纖維與納米碳顆粒一起分散于溶劑中形成分散液，然后噴霧干燥；或者將微米級(jí)多孔石墨、中間相碳微球、多孔活性炭或者多孔金屬材料浸漬在納米碳顆粒溶液中，超聲處理，然后干燥。

在一些實(shí)施方式中提供了一種鋰-納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料，其包括上述的納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料，和分布于所述納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料的孔隙內(nèi)及表面上的金屬鋰。

在一些實(shí)施方式中提供了一種制備金屬鋰-納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料的方法，包括：將熔融的金屬鋰與上述的納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料混合，然后冷卻。

在一些實(shí)施方式中提供了一種電極，其包含上述鋰-納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料。

在一些實(shí)施方式中提供了一種包括上述電極的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，其中所述電化學(xué)儲(chǔ)能裝置包括電化學(xué)電池或超級(jí)電容器，

本發(fā)明具有以下有益效果中的至少一種：

(1)納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料與熔融金屬鋰混合形成鋰-納米碳顆粒-多孔骨架復(fù)合材料，存在于該材料中的納米碳顆?？梢栽陔姵匮h(huán)過(guò)程中更好地傳導(dǎo)鋰離子，從而抑制金屬鋰枝晶的生成，提高電池的安全性。