[发明专利]亲锂性的多孔材料及其制备方法

说明书

提供了一种亲锂性的多孔材料及其制备方法。本发明制备的多孔材料具有强亲锂性修饰层，与熔融金属锂可快速完全浸润，材料内部不分层，无孔隙，且本发明的方法可实现工业化生产。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，尤其涉及一种具有强亲锂性修饰层的网络骨架材料及其制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池的能量密度已达到其电池体系的极限，寻求新的高能量密度的电池体系迫在眉睫。

金属锂作为密度最小的金属材料，一直是制作轻质合金和金属锂电池的关键材料。特别是在新能源领域，金属锂因具有高比容量(3860mAh/g)和最负的化学势(-3.04V vsH/H⁺)等诸多优势，有潜力成为单独部件，即作为金属锂负极，对提高电池的能量密度起到决定性作用。为解决金属锂的体积膨胀和锂枝晶的问题，普遍的做法是制备具有三维导电骨架结构的金属锂负极，减少金属锂负极的体积膨胀和减小电极表面的局部电流密度。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所制备出一种金属锂-骨架碳复合材料(中国专利申请号CN 201410395114.0)，将熔融状态的金属锂与多孔的碳材料载体均匀混合，冷却得到锂碳复合材料，利用该材料有效地抑制了枝晶生长，提高电池的安全性，并且提供较高的比容量和良好的循环性能。以上方法在抑制枝晶生长方面具有显著效果，但是实验过程中也发现，由于熔融锂的表面张力较大，多孔的碳材料与熔融锂的浸润性很差，金属锂使骨架碳材料粘连团聚，制备小尺寸金属锂-骨架碳复合材料困难，且复合物中金属锂含量较少，不适宜制备高比容量的负极材料。

综上所述，确有必要开发一种具有强亲锂性修饰层的网络骨架材料。

发明内容

针对上述问题，本申请的发明人提供了一种具有强亲锂性修饰层的网络骨架材料及其制备方法，所制备的具有强亲锂性修饰层的网络骨架材料与熔融金属锂可快速发生完全浸润，材料内部不分层，无孔隙。

具体的，本发明提供了一种亲锂性的多孔材料，其特征在于，所述多孔材料具有由带亲锂性修饰层的骨架材料交织形成的多孔网络结构，其中所述带亲锂性修饰层的骨架材料包含

晶化碳质骨架

起支撑骨架作用的晶化碳质材料，和

覆盖晶化碳质材料的至少部分表面的亲锂性修饰层，其中所述亲锂性修饰层由非晶材料组成，所述非晶材料的为CxMyOz，其中，M为硼元素、氮元素、磷元素、硫元素、卤素中的至少一种，且3≤x≤200，1≤y≤50，0≤z≤200；具有式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元中的至少一种：

式(1)和式(2)中，R1、R2、R3、R4为C1-C20烷基，且烷基上的一个或多个氢原子被氧元素或M元素取代。

其中，晶化碳质材料是指组成材料的碳原子按一定规则有序排列(微观结构)的材料，而非晶材料是指原子近程有序、远程无序排列的材料，也可以称为无定形材料。

在一些实施方式中，所述晶化碳质材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维、碳基金属氧化物纤维、碳基共价有机纤维中的至少一种。

在一些实施方式中，所述晶化碳质材料可以具有纤维、杆状、棒状、片状或不规则形状。

在一些实施方式中，所述非晶材料为与晶化碳质材料共混的有机材料的炭化产物，所述有机材料选自由有机粘结剂、有机填料和交联剂组成的组。

在一些实施方式中，其特征在于，所述亲锂性修饰层中碳元素的原子质量比的范围为1％至99％，例如1％，2％，5％，10％，20％，50％，80％，90％或95％。

在一些实施方式中，所述亲锂性修饰层的厚度在10nm至600nm范围内。