[發(fā)明專利]一種三維多孔親鋰復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110254816.7
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113036138B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王麗平;陳施穎;冉淇文;牛曉濱
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué);天目湖先進儲能技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/1395;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 天津知川知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 12249
• 代理人: 鄭聰

本發(fā)明屬于鋰電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維多孔親鋰復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，先將聚合單體和可聚合的金屬鹽絡(luò)合物反應(yīng)聚合得到模板劑微球，再將模板劑微球與基體聚合物混合進行靜電紡絲得到復(fù)合材料，將復(fù)合材料進行煅燒去除模板劑，將煅燒后的復(fù)合材料進行親鋰處理得到三維多孔親鋰復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維多孔親鋰復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于便攜式電子設(shè)備、電動汽車和電網(wǎng)規(guī)模儲能的迅猛發(fā)展，高能量密度電池備受關(guān)注。盡管基于石墨負(fù)極的鋰離子電池(LIB)系統(tǒng)取得了巨大的成功，但是相對較低的理論能量密度限制了其作為下一代便攜式電源的應(yīng)用。鋰金屬負(fù)極由于其極高的比容量(3860mAh·g^-1)和最低的還原電位(相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-3.040V)，使其具有潛在的應(yīng)用前景。但是，鋰金屬作為鋰離子電池負(fù)極受到多方面挑戰(zhàn)，阻礙了其進一步的推廣，例如在充放電過程中不受控制的樹枝狀/苔蘚狀鋰枝晶的生長以及形成的“死鋰”導(dǎo)致金屬鋰負(fù)極不斷地體積膨脹。這些固有的缺點大大縮短了鋰離子電池的使用壽命，甚至導(dǎo)致更嚴(yán)重的安全問題。

已經(jīng)提出了許多策略來應(yīng)對這些問題并延長鋰離子電池的壽命，包括界面改性和固態(tài)電解質(zhì)的引入。然而，一旦在工作的鋰金屬負(fù)極上施加了高電流密度和大的循環(huán)容量，無主體的鋰金屬負(fù)極就會發(fā)生急劇的體積變化，從而導(dǎo)致附著在工作的鋰金屬負(fù)極上的固體電解質(zhì)相(SEI)失效。在這方面，具有獨特表面化學(xué)性質(zhì)和互連結(jié)構(gòu)的三維(3D)主體有望容納鋰沉積并減輕體積膨脹，從而保持SEI層的穩(wěn)定性并有效地調(diào)節(jié)鋰嵌入/脫出行為。而主體骨架表面如果分布有孔洞結(jié)構(gòu)的話，有望進一步為金屬鋰的沉積提供更多空間，但申請人發(fā)現(xiàn)，相比于直接沉積在骨架材料表面，將金屬鋰引入到其孔洞中要明顯更困難。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種三維多孔親鋰復(fù)合材料的制備方法，

(1)模板劑微球的制備

將聚合單體和可聚合的金屬鹽絡(luò)合物進行乳液聚合得到模板劑微球，

其中，可聚合的金屬鹽絡(luò)合物為乙烯基咪唑與金屬離子相絡(luò)合得到，金屬為氧化態(tài)具有親鋰功能的金屬元素，如鋅、銅等，金屬鹽絡(luò)合物可以自行制備，制備方法為：將金屬鹽與1－乙烯基咪唑于溶劑中分散充分后，將分散體系調(diào)節(jié)為弱酸性并攪拌至充分絡(luò)合，即得到金屬鹽絡(luò)合物的分散體系，

模板劑微球的具體制備操作為，將乳化劑和聚合單體分散到有機無機混合溶劑中，并與上述制備的金屬鹽絡(luò)合物的分散體系混合充分，于加熱攪拌的狀態(tài)下，向所得的混合體系中滴加引發(fā)劑溶液，滴加完畢后在保溫并保持?jǐn)嚢璧臓顟B(tài)下繼續(xù)反應(yīng)一段時間后，過濾并對濾餅進行洗滌、干燥，即得到模板劑微球，

上述的有機無機混合溶劑為乙醇、去離子水按體積比1：9混合均勻而成，加熱溫度為50～80℃，攪拌速度為300～500rpm，聚合反應(yīng)的時間為12～24h，

(2)將步驟(1)中得到的模板劑微球與基體聚合物一并分散于靜電紡絲溶劑中得到混合溶液，將所得的混合溶液進行靜電紡絲得到基體聚合物/模板劑微球復(fù)合材料，

其中，靜電紡絲溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、六氟異丙醇中的一種或幾種的混合，

靜電紡絲的電壓為15～25kV，針頭距離為15cm，濕度低于50％，

(3)將步驟(2)中得到的基體聚合物/模板劑微球復(fù)合材料進行煅燒去除模板，即得到三維多孔復(fù)合材料，

其中，煅燒溫度為500～700℃，煅燒時間為2～4h，煅燒在惰性氣氛下進行，

(4)將步驟(3)中得到的三維多孔復(fù)合材料進行親鋰處理，即得到三維多孔親鋰復(fù)合材料，