[发明专利]一种多孔陶瓷复合锂金属负极及其制备方法

权利要求书

1.一种多孔陶瓷复合锂金属负极，其特征在于：所述多孔陶瓷复合锂金属负极由多孔陶瓷骨架、导电层、锂金属组成；所述导电层位于多孔陶瓷骨架表面；所述锂金属位于多孔陶瓷骨架的孔内；多孔陶瓷骨架中的陶瓷为氧离子导体材料、钙钛矿型锂离子导体材料或者石榴石型锂离子导体材料；导电层为纳米碳层；所述多孔陶瓷骨架的孔隙率为40～80 %，孔径为1～20μm；纳米碳包括无定形碳、石墨烯、异原子掺杂碳；氧离子导体材料包括二氧化铈、氧化钇稳定氧化锆；钙钛矿型锂离子导体材料为Li_3xLa_2/3-x□_1/3-2xTiO₃；石榴石型锂离子导体材料为Li_7-xLa₃Zr_2-xM_xO₁₂，其中0≤x≤1.2，M为Al、Ta、Ge、W、Nb的一种或多种。

2.根据权利要求1所述多孔陶瓷复合锂金属负极，其特征在于：采用高温烧结技术制备多孔陶瓷骨架；采用溶液浸渍和高温碳化技术制备导电层；采用电沉积技术制备锂金属。

3.根据权利要求2所述多孔陶瓷复合锂金属负极，其特征在于：将陶瓷粉、造孔剂、成膜剂与溶剂混合后制备成膜，再将膜高温烧结，得到多孔陶瓷骨架；将多孔陶瓷骨架在碳源溶液中浸泡后烘干，然后在N₂气氛下进行高温碳化，制备导电层；以带有导电层的多孔陶瓷骨架作为工作电极、金属锂片作为对电极进行电沉积，在多孔陶瓷骨架的孔内沉积锂金属。

4.根据权利要求3所述多孔陶瓷复合锂金属负极，其特征在于：所述造孔剂为PMMA微球、乙炔黑、植物淀粉中的一种或多种；成膜剂为聚醚砜或者聚偏氟乙烯；溶剂为N-甲基吡咯烷酮或者二甲基亚砜；碳源为葡萄糖、蔗糖、尿素中的一种或几种；电沉积时，电流为0.1～1 mA cm^-2，锂金属沉积量为1～10mAh cm^-2，电解液为1M LiPF₆+EC:DEC、1M LiPF₆+EC:EMC、1M LiPF₆+EC:EMC:DMC、1M LiPF₆+PC中的一种。

5.根据权利要求1所述多孔陶瓷复合锂金属负极，其特征在于，包括以下步骤：将陶瓷粉、造孔剂、成膜剂与溶剂混合后制备成膜，再将膜高温烧结，得到多孔陶瓷骨架；将多孔陶瓷骨架在碳源溶液中浸泡后烘干，然后在N₂气氛下进行高温碳化，制备导电层；以带有导电层的多孔陶瓷骨架作为工作电极、金属锂片作为对电极进行电沉积，在多孔陶瓷骨架的孔内沉积锂金属；得到多孔陶瓷复合锂金属负极。

6.根据权利要求5所述多孔陶瓷复合锂金属负极的制备方法，其特征在于：所述多孔陶瓷骨架的孔隙率为40～80 %，孔径为1～20μm；多孔陶瓷骨架中的陶瓷为氧离子导体材料、钙钛矿型锂离子导体材料或者石榴石型锂离子导体材料；导电层为纳米碳层。

7.根据权利要求5所述多孔陶瓷复合锂金属负极的制备方法，其特征在于：所述造孔剂为PMMA微球、乙炔黑、植物淀粉中的一种或多种；成膜剂为聚醚砜或者聚偏氟乙烯；溶剂为N-甲基吡咯烷酮或者二甲基亚砜；碳源为葡萄糖、蔗糖、尿素中的一种或几种；电沉积时，电流为0.1～1 mA cm^-2，锂金属沉积量为1～10mAh cm^-2，电解液为1M LiPF₆+EC:DEC、1M LiPF₆+EC:EMC、1M LiPF₆+EC:EMC:DMC、1M LiPF₆+PC中的一种。

8.权利要求1所述多孔陶瓷复合锂金属负极在制备锂金属二次电池中的应用。