[发明专利]一种复合材料负极、电池及其制备方法

权利要求书

1.一种复合材料负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、以高分子材料或无机氧化物为原料，制备不导电的多孔介电层；

S2、以碳材料或金属材料为原材料，制备多孔导电层；

S3、将所述多孔介电层与所述多孔导电层周期组装在一起，制备得到多孔导电层/多孔介电层周期交替排列的三维骨架；

S4、将活性金属与所述三维骨架复合，在所述三维骨架内部嵌入活性金属，得到所述复合材料负极；

其中，所述多孔导电层为介电骨架与导电层结合的梯度导电层，所述梯度导电层通过在介电骨架材料内部梯度沉积导电层来实现，所述介电骨架材料为高分子材料和无机氧化层陶瓷中的一种或者多种的组合，所述导电层材料为碳材料和金属材料中的一种或者多种的组合，所述梯度导电层的制备方式为磁控溅射、原子层沉积、抽滤、化学气相沉积和3D打印中的一种。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分子材料包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体中的一种或者多种，所述无机氧化物包括氧化铝、氧化锌和氧化钛中的一种或者多种。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，通过静电纺丝得到的高分子纤维直径在100～500纳米范围之内，纤维之间处于相互搭接的状态。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，用聚丙烯腈为高分子原料进行所述静电纺丝，得到的介电高分子纤维束直径在200～300纳米，纤维束之间相互交织搭接形成有大量微米级空隙空间的骨架。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，通过刻蚀二氧化硅小球模板法制备所述多孔介电层，利用刮涂或旋涂的方式让二氧化硅小球分散的高分子溶液成膜。

6.如权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于，

对于制备所述梯度导电层的磁控溅射方法，控制溅射金属层留出一部分介电骨架不被沉积到金属，将金属沉积深度控制在骨架整体厚度的三分之二，其中金属含量呈现梯度变化，使得骨架的导电能力呈现梯度变化。

7.如权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于，其中，所述三维骨架同时包含1～20层多孔导电层和1～20层多孔介电层，所述多孔导电层与所述多孔介电层的厚度均控制为2～50微米，所述三维骨架的总厚度为5～1000微米。

8.如权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述活性金属为金属锂、钠、钾、锌和铝中的一种或者多种，通过电沉积、加热熔融或者轧制的方式填充在所述三维骨架中。

9.一种复合材料负极，其特征在于，包括三维骨架与活性金属，所述三维骨架包括以高分子材料或无机氧化物为原料制备的不导电的多孔介电层，以及以碳材料或金属材料为原材料制备的多孔导电层，所述多孔介电层与所述多孔导电层周期组装在一起形成多孔导电层/多孔介电层周期交替排列的三维骨架，所述活性金属嵌入所述三维骨架形成所述复合材料负极，其中，所述多孔导电层为介电骨架与导电层结合的梯度导电层，所述梯度导电层通过在介电骨架材料内部梯度沉积导电层来实现，所述介电骨架材料为高分子材料和无机氧化层陶瓷中的一种或者多种的组合，所述导电层材料为碳材料和金属材料中的一种或者多种的组合。

10.一种电池的制备方法，其特征在于，将如权利要求9所述的复合材料负极与电池正极、隔膜和电解液组装成电池。

11.一种电池，其特征在于，具备如权利要求9所述的复合材料负极。