一种3D锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架及其制备方法和应用与流程

技术特征：
1.一种3d锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架，其特征在于：为具有内部连通孔结构的薄壁多孔碳骨架，所述薄壁多孔碳骨架中原位内嵌有ni2p纳米粒子，且表面掺杂有含磷官能团。2.如权利要求1所述的亲锂性多孔复合碳骨架，其特征在于：所述的多孔碳骨架为石墨化碳和无定形碳中的至少一种；薄壁多孔碳骨架的比表面积为20～1050m2/g；壁厚为2～100nm；连通孔所形成的腔室的体积占比为40～95％。3.如权利要求1所述的亲锂性多孔复合碳骨架，其特征在于：薄壁多孔碳骨架中原位内嵌的ni2p纳米粒子的粒径大小为0.1～100nm；含量占整个多孔复合碳骨架的比为5～60at.％；表面掺杂的含磷官能团中的磷含量占整个多孔复合碳骨架的比为2～9at.％。4.权利要求1-3任一项所述的3d锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一将sio2模板、表面活性剂和镍源加入水中混合搅拌均匀，调整ph值为8～12，再加入碳源进行搅拌后干燥，得到镍源原位内嵌的多孔复合碳骨架前驱体；步骤二将所述的镍源原位内嵌的多孔复合碳骨架前驱体于惰性气氛下焙烧，镍源分解获得ni纳米粒子原位内嵌的多孔碳复合骨架；步骤三将ni纳米粒子原位内嵌的多孔碳复合骨架于惰性气氛下磷化，刻蚀去除sio2模板后即得亲锂性多孔复合碳骨架。5.如权利要求4所述的3d锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架的制备方法，其特征在于：步骤一中，表面活性剂、镍源、碳源、sio2模板的重量比为0.1～1:1～20:30～50:30～50；镍源的浓度为0.5～80g/l。sio2模板的粒径为110～500nm；碳源为蔗糖、淀粉、木薯粉、聚多巴胺中的一种或几种；表面活性剂为pvp、ctab、sds中的一种或几种；镍源为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍中的至少一种。6.如权利要求4所述的3d锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架的制备方法，其特征在于：步骤二中，焙烧过程的升温速率为0.5～20℃/min；焙烧温度为500～1200℃；焙烧时间为60～500min；步骤三中，所述的磷化处理的升温速率为0.5～10℃/min；温度为250～600℃；时间为1～8h。7.如权利要求4所述的3d锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述的磷化处理中的磷源为偏磷酸盐、次磷酸盐中的至少一种；磷源与ni纳米粒子原位内嵌的多孔碳复合骨架的质量比0.5:1～20:1；惰性气氛下的通气速率为100～500ml/min；刻蚀为酸液刻蚀或碱液刻蚀中的一种；
刻蚀温度为50～120℃，刻蚀时间为6～12h。8.权利要求1-3任一项所述的3d锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架或权利要求4-7任一项所述的制备方法制得的3d锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架的应用，其特征在于：将亲锂性多孔复合碳骨架材料和胶粘剂混合浆化作为活性层，涂覆于平面金属集流体上，再向活性层中填充金属锂，制得三维多孔锂金属阳极。9.如权利要求8所述的3d锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架的应用，其特征在于：所述的活性层的厚度为2～800μm；活性层复合在所述的平面金属集流体的两个平面；填充金属锂的方法为电沉积和/或熔融灌锂；填充金属锂的量为0.4～150mah/cm2；胶粘剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚乙烯、聚丙烯、聚偏四氟乙烯、sbr橡胶、氟化橡胶、聚胺酯中的至少一种；所述的胶粘剂占活性层之比为1～40wt.％。10.权利要求8或9所述的三维多孔锂金属阳极的应用，其特征在于：将其作为电极材料，用于组装成金属锂电池；所述的金属锂电池为锂硫电池、锂碘电池、锂硒电池、锂碲电池、锂氧气电池或锂二氧化碳电池。

技术总结
本发明一种3D锂金属负极的亲锂性多孔复合碳骨架及其制备方法和应用，为具有内部连通孔结构的薄壁多孔碳骨架，所述薄壁多孔碳骨架中原位内嵌有Ni2P纳米粒子，且表面掺杂有含磷官能团。本发明得益于该亲锂性多孔复合碳骨架中的连通孔形成的腔体结构、良好的导电性和优异的亲锂性，有效地降低了锂沉积的形核过电位和局部电流密度，极大地缓解体积效应并抑制锂枝晶生长，实现均匀的锂沉积/溶解，明显提高了锂金属电池的库伦效率和循环稳定性。锂金属电池的库伦效率和循环稳定性。


技术研发人员：洪波 赖延清 姜怀 易茂义 张治安 张凯 方静
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2020.08.30
技术公布日：2021/10/22