[發明專利]親鋰性的多孔材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202111024789.0
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN115732690A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 孔德鈺;郇慶娜;孫兆勇;陳強;牟瀚波
• 申請（專利權）人: 天津中能鋰業有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/168;C01B32/194
• 代理公司: 北京市創世宏景專利商標代理有限責任公司 11493
• 代理人: 崔永華

提供了一種親鋰性的多孔材料及其制備方法。本發明制備的多孔材料具有強親鋰性修飾層，與熔融金屬鋰可快速完全浸潤，材料內部不分層，無孔隙，且本發明的方法可實現工業化生產。

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，尤其涉及一種具有強親鋰性修飾層的網絡骨架材料及其制備方法。

背景技術

目前，鋰離子電池的能量密度已達到其電池體系的極限，尋求新的高能量密度的電池體系迫在眉睫。

金屬鋰作為密度最小的金屬材料，一直是制作輕質合金和金屬鋰電池的關鍵材料。特別是在新能源領域，金屬鋰因具有高比容量(3860mAh/g)和最負的化學勢(-3.04V vsH/H⁺)等諸多優勢，有潛力成為單獨部件，即作為金屬鋰負極，對提高電池的能量密度起到決定性作用。為解決金屬鋰的體積膨脹和鋰枝晶的問題，普遍的做法是制備具有三維導電骨架結構的金屬鋰負極，減少金屬鋰負極的體積膨脹和減小電極表面的局部電流密度。

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所制備出一種金屬鋰-骨架碳復合材料(中國專利申請號CN 201410395114.0)，將熔融狀態的金屬鋰與多孔的碳材料載體均勻混合，冷卻得到鋰碳復合材料，利用該材料有效地抑制了枝晶生長，提高電池的安全性，并且提供較高的比容量和良好的循環性能。以上方法在抑制枝晶生長方面具有顯著效果，但是實驗過程中也發現，由于熔融鋰的表面張力較大，多孔的碳材料與熔融鋰的浸潤性很差，金屬鋰使骨架碳材料粘連團聚，制備小尺寸金屬鋰-骨架碳復合材料困難，且復合物中金屬鋰含量較少，不適宜制備高比容量的負極材料。

綜上所述，確有必要開發一種具有強親鋰性修飾層的網絡骨架材料。

發明內容

針對上述問題，本申請的發明人提供了一種具有強親鋰性修飾層的網絡骨架材料及其制備方法，所制備的具有強親鋰性修飾層的網絡骨架材料與熔融金屬鋰可快速發生完全浸潤，材料內部不分層，無孔隙。

具體的，本發明提供了一種親鋰性的多孔材料，其特征在于，所述多孔材料具有由帶親鋰性修飾層的骨架材料交織形成的多孔網絡結構，其中所述帶親鋰性修飾層的骨架材料包含

晶化碳質骨架

起支撐骨架作用的晶化碳質材料，和

覆蓋晶化碳質材料的至少部分表面的親鋰性修飾層，其中所述親鋰性修飾層由非晶材料組成，所述非晶材料的為CxMyOz，其中，M為硼元素、氮元素、磷元素、硫元素、鹵素中的至少一種，且3≤x≤200，1≤y≤50，0≤z≤200；具有式(1)所示的結構單元和式(2)所示的結構單元中的至少一種：

式(1)和式(2)中，R1、R2、R3、R4為C1-C20烷基，且烷基上的一個或多個氫原子被氧元素或M元素取代。

其中，晶化碳質材料是指組成材料的碳原子按一定規則有序排列(微觀結構)的材料，而非晶材料是指原子近程有序、遠程無序排列的材料，也可以稱為無定形材料。

在一些實施方式中，所述晶化碳質材料包括碳納米管、石墨烯、碳纖維、碳基金屬氧化物纖維、碳基共價有機纖維中的至少一種。

在一些實施方式中，所述晶化碳質材料可以具有纖維、桿狀、棒狀、片狀或不規則形狀。

在一些實施方式中，所述非晶材料為與晶化碳質材料共混的有機材料的炭化產物，所述有機材料選自由有機粘結劑、有機填料和交聯劑組成的組。

在一些實施方式中，其特征在于，所述親鋰性修飾層中碳元素的原子質量比的范圍為1％至99％，例如1％，2％，5％，10％，20％，50％，80％，90％或95％。

在一些實施方式中，所述親鋰性修飾層的厚度在10nm至600nm范圍內。