[發(fā)明專利]三維導(dǎo)電骨架及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010975521.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN112054209A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱昭政;趙育松;李文龍;丁易;梁世碩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山寶創(chuàng)新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/66
• 分類號(hào): H01M4/66;H01M4/78;H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/052
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽(yáng)

1.一種制備三維導(dǎo)電骨架的方法，其特征在于，包括：

(1)將氮源和硫源與含有NaCO₃和NaHCO₃的水溶液混合，得到導(dǎo)電緩沖溶液；

(2)將三維導(dǎo)電骨架基體依次在有機(jī)溶劑和濃酸中浸泡，然后進(jìn)行洗滌和干燥；

(3)以步驟(2)得到的三維導(dǎo)電骨架基體為工作電極、以Pt為對(duì)電極、以Ag/AgCl為參比電極、以步驟(1)得到的所述導(dǎo)電緩沖溶液為電解液組裝三電極電解池；

(4)向步驟(3)中的所述工作電極施加電壓，在三維導(dǎo)電骨架基體上沉積氮和硫，然后進(jìn)行熱處理，以便得到表面摻雜氮、硫雜原子的三維導(dǎo)電骨架。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述含有NaCO₃和NaHCO₃的水溶液中，所述NaCO₃和所述NaHCO₃的濃度分別為0.8～1.2mol/L，優(yōu)選1mol/L；

任選地，在步驟(1)中，所述氮源的濃度為0.1～10wt％；

任選地，在步驟(1)中，所述氮源包括含氮有機(jī)物、含氮無(wú)機(jī)物及含氮導(dǎo)電聚合物中的至少之一；

任選地，在步驟(1)中，所述硫源的濃度為0.1～10wt％；

任選地，在步驟(1)中，所述硫源包括含硫有機(jī)物、含硫無(wú)機(jī)物及含硫?qū)щ娋酆衔镏械闹辽僦唬?/p>

任選地，在步驟(1)中，所述氮源、所述硫源質(zhì)量比為(0.1～10)：(0.1～10)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述三維骨架基體包括碳基多孔骨架和/或金屬基多孔骨架；

任選地，在步驟(2)中，所述碳基多孔骨架包括碳紙、碳纖維布、碳纖維氈、碳納米管、活性炭、多孔硬碳、多孔軟碳和多孔石墨中的至少之一；

任選地，在步驟(2)中，所述金屬基多孔骨架包括鎳基多孔材料、銅基多孔材料、鐵基多孔材料、銀基多孔材料和金基多孔材料中的至少之一；

任選地，在步驟(2)中，所述有機(jī)溶劑包括丙酮、乙醇、甲醇、丁酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙醚和環(huán)戊烷中的至少之一；

任選地，在步驟(2)中，所述濃酸包括硝酸、硫酸、鹽酸或磷酸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述施加電壓為0.4～1.4V，時(shí)間為2～60分鐘；

任選地，在步驟(4)中，所述熱處理在惰性氣氛下進(jìn)行，并且所述熱處理的溫度為620～1200攝氏度，時(shí)間為30～480分鐘；

任選地，在步驟(4)中，所述三維導(dǎo)電骨架上氮元素的負(fù)載量為0.02～5wt％，硫元素的負(fù)載量為0.02～5wt％。

5.一種三維導(dǎo)電骨架，其特征在于，所述三維導(dǎo)電骨架采用權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法制備得到。

6.一種鋰金屬負(fù)極，其特征在于，包括：三維導(dǎo)電骨架和金屬鋰，所述金屬鋰填充在所述三維導(dǎo)電骨架的孔隙和表面，其中，所述三維導(dǎo)電骨架為采用權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述方法得到的三維導(dǎo)電骨架或權(quán)利要求5所述的三維導(dǎo)電骨架。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰金屬負(fù)極，其特征在于，所述鋰金屬負(fù)極上金屬鋰的負(fù)載量為10～90wt％。

8.一種制備權(quán)利要求6或7所述的鋰金屬負(fù)極的方法，其特征在于，將三維導(dǎo)電骨架浸入到熔融鋰中，其中，所述三維導(dǎo)電骨架采用權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述方法得到的三維導(dǎo)電骨架或權(quán)利要求5所述的三維導(dǎo)電骨架；

任選地，所述熔融鋰的溫度為190～300攝氏度。

9.一種鋰電池，其特征在于，所述鋰電池具有權(quán)利要求6或7所述的鋰金屬負(fù)極或采用權(quán)利要求8所述的方法得到的鋰金屬負(fù)極。

10.一種車輛，其特征在于，所述車輛具有權(quán)利要求9所述的鋰電池。