一种有机多孔骨架负极、其制备方法和电池与流程

技术特征：
1.一种有机多孔骨架负极，其特征在于，所述的有机多孔骨架负极包括集流体，以及设置于集流体至少一侧表面的具有多孔结构的有机骨架层，所述有机骨架层的孔道内设置有活性金属。2.根据权利要求1所述的有机多孔骨架负极，其特征在于，所述集流体的厚度为4～30μm；优选地，所述有机骨架层的孔道为贯穿有机骨架层的通孔；优选地，所述有机骨架层与集流体为一体式结构；优选地，所述活性金属占有机骨架层中孔道体积的0～50％，但不包括0；优选地，所述有机骨架层的厚度为20～300μm；优选地，所述有机骨架层中孔道的直径为0.01～100μm，优选为20～500nm；优选地，所述有机骨架层的孔隙率为30～90％；优选地，所述有机骨架层的材质包括热塑性树脂、热固性树脂或导电有机物；优选地，所述热塑性树脂包括聚乙烯、聚丙烯，聚四氟乙烯等、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯乙烯、as树脂、聚甲醛树脂、聚醚砜树脂、聚氯乙烯、聚苯醚、橡胶或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或至少两种的组合；优选地，所述热固性树脂包括酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、热固性聚酰亚胺、聚丁二烯树脂、有机硅树脂或双马来酰亚胺树脂中的一种或至少两种的组合；优选地，所述有机骨架层中掺杂导电剂；优选地，所述导电剂包括金属纳米线、金属纳米颗粒、碳纳米管、碳纤维、石墨烯纳米颗粒或氧化石墨烯纳米颗粒中的一种或至少两种的组合；优选地，所述金属纳米线的材质包括cu、ag、ni或au中的一种或至少两种的组合；优选地，所述金属纳米颗粒的材质包括cu、ag、ni或au中的一种或至少两种的组合；优选地，所述导电有机物包括导电聚苯胺；优选地，所述有机骨架层的表层设置有导电有机物膜；优选地，所述导电有机物膜的材质包括导电聚苯胺；优选地，所述的活性金属包括锂。3.根据权利要求1或2所述的有机多孔骨架负极，其特征在于，所述有机骨架层的孔道内壁设置有导电层或亲锂层中的一层或至少两层的组合；优选地，所述有机骨架层的孔道内壁依次设置有导电层和亲锂层；优选地，所述导电层的厚度为1～100nm；优选地，所述导电层的材质包括cu和/或ni；优选地，所述亲锂层的厚度为1～10nm；优选地，所述亲锂层的材质包括金属单质、金属氮化物、金属硫化物或金属氮化物中的一种或至少两种的组合；优选地，所述的金属单质包括cu、zn或sn中的一种或至少两种的组合；优选地，所述金属氧化物包括氧化锌和/或氧化锡；优选地，所述金属硫化物包括tis2、mos2、zns、cus或nis中的一种或至少两种的组合；优选地，所述金属氮化物包括ni3n和/或li3n。
4.一种权利要求1
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3任一项所述的有机多孔骨架负极的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：在集流体的至少一侧表面制备有机骨架层，再将活性金属负载至有机骨架层内，制备得到所述的有机多孔骨架负极。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机骨架层的制备方法包括：将有机骨架层材料与有机溶剂混合后，加入二氧化硅球，混合均匀后，涂覆成膜，烘干后加热得到机骨架层材料
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二氧化硅球复合膜，去除二氧化硅球后得到有机骨架层；优选地，所述烘干的温度为60～80℃；优选地，所述烘干的时间为3～7min；优选地，所述加热的温度为200～300℃；优选地，所述加热的时间为10～20min；优选地，所述去除二氧化硅球的方式包括：加入hf溶液浸渍清洗；优选地，所述hf溶液的质量浓度为7～9％；优选地，所述浸渍清洗的时间为15～25min；优选地，所述有机骨架层的制备方法中包括掺杂导电剂，所述掺杂的方法包括：加入二氧化硅球后，再加入导电剂；优选地，所述导电剂的加入量为有机骨架层材料质量的1.0～2.0％。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述有机骨架层的制备方法中包括在有机骨架层的表层制备导电有机物膜，所述制备导电有机物膜的方法包括：去除二氧化硅球后，将有机骨架层放入苯胺溶液中，并加入硫酸铵反应，反应后依次进行洗涤和干燥，制备得到表层有导电有机膜的有机骨架层；优选地，所述反应的时间为9～11h；优选地，所述干燥的方式为真空干燥；优选地，所述干燥的温度为75～85℃；优选地，所述干燥的时间为11～13h。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机骨架层的制备方法包括：将有机骨架层材料、二硫化碳和固化剂混合后得到混合液，混合液涂覆干燥后再进行固化，得到所述的有机骨架层；优选地，所述混合液中有机骨架层材料的质量浓度为0.03～0.05g/ml；优选地，所述涂覆的过程中环境湿度为65～75％；优选地，所述固化的步骤分为第一次固化和第二次固化；优选地，所述第一次固化的温度为55～65℃，所述第一次固化的时间为3.5～4.5h；优选地，所述第二次固化的温度为85～95℃，所述第二次固化的时间为9.5～10.5h。8.根据权利要求4
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7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机骨架层通过粘结或涂覆的方式设置在集流体的表面；优选地，所述活性金属负载的方式包括辊压压片、加热熔融或电化学沉积中的一种或至少两种的组合；优选地，所述有机骨架层的孔道内壁制备导电层或亲锂层中的一层或至少两层的组合；
优选地，所述有机骨架层的孔道内壁依次制备导电层和亲锂层；优选地，所述导电层的制备方法包括化学沉积；优选地，所述亲锂层的制备方法包括化学沉积。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：(ⅰ)制备有机骨架层：将有机骨架层材料与有机溶剂混合后，加入二氧化硅球，混合均匀后再加入占有机骨架层材料质量1～2％的导电剂，涂覆成膜，60～80℃下烘干3～7min，烘干后在200～300℃下加热10～20min得到机骨架层材料
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二氧化硅球复合膜，利用质量浓度为7～9％的hf溶液浸渍清洗15～25min去除二氧化硅球，去除二氧化硅球后，将有机骨架层放入苯胺溶液中，并加入硫酸铵反应9～11h，反应后依次进行洗涤和真空干燥，干燥温度为75～85℃，干燥的时间为11～13h，制备得到表层有导电有机膜的有机骨架层，得到有机骨架层；或，将有机骨架层材料、二硫化碳和固化剂混合后得到混合液，其中有机骨架层材料的质量浓度为0.03～0.05g/ml，在环境湿度为65～75％下混合液涂覆，干燥后，分别在55～65℃下第一次固化3.5～4.5h，再在85～95℃下第二次固化9.5～10.5，得到有机骨架层；(ⅱ)有机骨架层直接在集流体表面涂覆制备或将有机骨架层粘结至集流体表面，并利用化学沉积法在有机骨架层的孔道内壁内依次沉积导电层和亲锂层，再将锂通过辊压压片、加热熔融或电化学沉积至有机骨架层的孔道内，制备得到所述的有机多孔骨架负极。10.一种电池，其特征在于，所述的电池包括正极、负极和隔膜，所述负极中采用权利要求1
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3任一项所述的有机多孔骨架负极。

技术总结
本发明提供了一种有机多孔骨架负极、其制备方法和电池，所述的有机多孔骨架负极包括集流体，以及设置于集流体至少一侧表面的具有多孔结构的有机骨架层，所述有机骨架层的孔道内设置有活性金属。通过设置具有多孔结构的有机骨架层，具有柔韧性，易于加工制造，并在循环过程中稳定；此外，通过多孔结构的有机骨架层具有较大的比表面积，能够优化有机骨架层的动力学性能，提高电池的倍率性能。提高电池的倍率性能。提高电池的倍率性能。


技术研发人员：焦攀飞 刘东任 邓勇强 李辉 冯苏宁
受保护的技术使用者：溧阳紫宸新材料科技有限公司
技术研发日：2021.07.29
技术公布日：2021/11/2