[发明专利]一种内亲锂型多重限域/诱导锂负极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种内亲锂型多重限域/诱导锂负极，其特征在于：包括平板金属集流体、复合在平板金属集流体表面的活性层；所述的活性层为具有梯度亲锂性的多层结构，每层均包括胶粘剂以及分散在胶粘剂中的含有不同贵金属纳米粒子含量的多重限域/诱导3D碳复合骨架材料，每层中的贵金属纳米粒子含量自平板金属集流体表面至活性层方向逐层降低；

所述的3D碳复合骨架材料为类石榴状多重薄壁碳层封装结构，是通过微米中空碳球对若干纳米复合碳球封装而成；所述的纳米复合碳球为纳米中空碳球内壁嵌有强亲锂性的贵金属纳米粒子结构，微米中空碳球为微米级掺氮碳球体；所述的3D碳复合骨架具有丰富的装填腔室，该装填腔室内填充有锂金属单质；

所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极的制备方法如下：分别将不同贵金属纳米粒子含量的多重限域/诱导3D碳复合骨架材料和胶粘剂混合浆化得到含不同贵金属纳米粒子含量的料浆，按照贵金属纳米粒子含量从高到低，依次将料浆涂覆于平面金属集流体表面，形成具有梯度亲锂性的三维宿主极片，干燥后向装填腔室中填充金属锂即得内亲锂型多重限域/诱导锂负极；

所述不同贵金属纳米粒子含量的多重限域/诱导3D碳复合骨架的制备过程具体包括：

步骤一：模板活化

将平均直径为200～600nm的SiO₂模板置于表面活化剂的溶液中进行表面活化，分离得到表面活化的SiO₂模板；

所述的表面活化剂为氢氧化钠、氯化亚锡、PbCl₂、巯基丙基-三甲氧基硅烷中的至少一种；

表面活化剂的溶液中表面活化剂的浓度为0.01～0.2mol/L；

步骤二：化学镀银

将表面活化后的SiO₂模板与AgNO₃溶液在还原剂作用下沉积均匀银纳米粒子获得SiO₂@Ag；所述AgNO₃溶液的浓度为0.002～0.1mol/L；所述还原剂为甲醛、乙醛、丙醛、葡萄糖中的至少一种；

步骤三：碳包覆

将SiO₂@Ag置于间苯二酚的溶液中于20～50℃下原位聚合10～48h，间苯二酚单体浓度为0.2～5g/L，获得SiO₂@Ag@C包碳前驱体；

步骤四：二次造粒

采用喷雾干燥法对SiO₂@Ag@C进行二次造粒，所述的喷雾干燥的固液比为10～60％；喷雾温度为80～400℃；得到微米球形二次颗粒；

步骤五：含氮碳包覆

将微米球形二次颗粒置于含氮碳单体的溶液中于20～50℃下原位聚合10～48h，含氮碳单体为多巴胺、间二苯酚、葡萄糖、乙烯吡咯烷酮、单宁酸中的至少一种；原位聚合起始溶液中，含氮碳单体浓度为0.1～10g/L；形成类“石榴”结构的二次颗粒SiO₂@Ag@C@N；

步骤六：脱模板

将二次颗粒SiO₂@Ag@C@N于惰性气氛下焙烧后置于刻蚀剂溶液中进行模板刻蚀，经脱模板处理，制得多重限域/诱导3D碳复合骨架；所述的刻蚀剂溶液为浓度2～8mol/L的NaOH溶液。

2.如权利要求1所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极，其特征在于：所述的3D碳复合骨架的微米中空碳球的平均直径为1～10μm；

微米中空碳球和纳米复合碳球的壳体厚度均为15～100nm；

微米中空碳球和纳米复合碳球均为石墨化碳和无定形碳中的至少一种；

微米中空碳球中，氮含量为5～10.5at.％。

3.如权利要求1所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极，其特征在于：所述的活性层为具有梯度亲锂性的三层结构，近平板金属集流体表面的最底层中的纳米复合碳球中的贵金属纳米粒子的含量为8～10at.％，中间层中的纳米复合碳球中的贵金属纳米粒子的含量为3～8at.％，最上层中的纳米复合碳球中的贵金属纳米粒子的含量为1～3at.％。

4.如权利要求3所述的内亲锂型多重限域/诱导锂负极，其特征在于：所述的纳米复合碳球中的贵金属纳米粒子为银单质；银单质的粒径大小为0.1～100nm；

所述的锂金属单质的填充量为0.4～150mAh/cm²。