[发明专利]自支撑锂金属负极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种自支撑锂金属负极材料，其特征在于，包括：

锂金属-碳复合纤维膜，所述锂金属-碳复合纤维膜包括多孔碳纤维和填充在所述多孔碳纤维空隙内的锂金属颗粒；

惰性层，所述惰性层包覆在所述锂金属-碳复合纤维膜的至少部分表面。

2.根据权利要求1所述的自支撑锂金属负极材料，其特征在于，所述多孔碳纤维的平均直径为0.5-5μm；

任选地，所述锂金属-碳复合纤维膜的厚度为10～1200μm；

任选地，所述多孔碳纤维的孔隙率为65％-80％；

任选地，所述锂金属的重量为所述锂金属-碳复合纤维膜重量的10-90％。

3.根据权利要求1所述的自支撑锂金属负极材料，其特征在于，所述惰性层的厚度为0.2nm-100nm；

任选地，所述惰性层为含氟化合物惰性层。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自支撑锂金属负极材料，其特征在于，所述多孔碳纤维通过静电纺丝的方式制备得到。

5.根据权利要求4所述的自支撑锂金属负极材料，其特征在于，在所述静电纺丝中，将聚合物母料溶于双溶剂体系中，所述双溶剂包括聚合物母料的良溶剂和聚合物母料的不良溶剂；

任选地，所述聚合物母料在所述双溶剂体系中的质量浓度为0.5-10wt％；

任选地，所述良溶剂与不良溶剂的体积比为1:0.3～3。

6.根据权利要求5所述的自支撑锂金属负极材料，其特征在于，所述聚合物母料选自聚乙酸乙烯酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素、木质素、聚乳酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩醛、聚己内酯、聚乙二醇和聚苯乙烯中的至少之一；

任选地，所述良溶剂选自丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙醇、丁醇、二甲基亚砜、三氯甲烷、苯、乙醇、乙酸乙酯的至少之一；

任选地，所述不良溶剂选自丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丁醇、二氯甲烷、苯、甲苯、乙醇、乙酸乙酯的至少之一。

7.一种制备权利要求1-6任一项所述的自支撑锂金属负极材料的方法，其特征在于，包括：

(1)对聚合物母料溶液进行静电纺丝，以便得到聚合物纤维丝膜；

(2)对所述聚合物纤维丝膜进行预氧化-碳化，以便得到多孔碳纤维薄膜；

(3)将所述多孔碳纤维薄膜浸入熔融的锂金属，以便使熔融的锂金属液浸入到所述碳纤维薄膜的多孔结构中，得到锂金属-碳复合纤维膜；

(4)在所述锂金属-碳复合纤维膜的至少部分表面引入惰性层，以便得到自支撑锂金属负极材料。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在对所述聚合物纤维丝膜进行预氧化-碳化之前，预先将所述聚合物纤维丝膜浸入后处理有机溶剂中，以便诱导所述聚合物纤维丝膜进行晶体重构；

任选地，所述后处理有机溶剂选自乙醇、正己烷、丙酮、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和丁醇中的至少之一；

任选地，所述预氧化的温度为240-360摄氏度，所述预氧化的时间为0.5-3h；

任选地，所述碳化的温度为800-2500摄氏度，所述碳化的时间为0.5-5h；

任选地，所述熔融的锂金属的温度为190-600摄氏度；

任选地，所述惰性层为含氟化合物惰性层，所述含氟化合物通过金属锂与含氟气体反应而成；

任选地，所述含氟气体通过将含氟聚合物加热分解产生。

9.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池具有权利要求1-6任一项所述的负极材料或者权利要求7或者8所述方法制备得到的负极材料。

10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车具有权利要求9所述的锂电池。