[发明专利]一种碳结构集流体、电池负极、电池正极和锂电池

说明书

本发明提供了一种碳结构集流体，包括：泡沫石墨；附着在所述泡沫石墨表面的氧化铝层；附着在所述氧化铝层表面的碳纳米管。本发明提供了一种电池负极，包括：上述技术方案所述的碳结构集流体；附着在所述碳结构集流体表面的金属锂。本发明提供了一种电池正极，由上述技术方案所述的碳结构集流体制备得到。本发明提供了一种锂电池，包括上述技术方案所述的电池负极和/或电池正极。本发明提供的碳结构集流体采用三维碳材料，金属锂沿着碳管骨架沉积生长，优先填满集流体的孔隙，避免了金属锂平面生长时的尖端效应。因此，本发明提供的碳集流体能够有效的抑制金属锂枝晶的生长，从而使锂电池具有较好的循环性和安全性，还具有较高的能量密度。

技术领域

本发明涉及电化学电源技术领域，尤其涉及一种碳结构集流体、电池负极、电池正极和锂电池。

背景技术

近年来，随着移动电子电器和可穿戴设备的发展，锂电池得到了广泛的应用。但是目前的锂电池中，电池负极一般选用的是石墨，而石墨的理论比容量只有372mAh g-1，其能量密度低，难以满足当今社会的需求，人们迫切需要一种高能量密度的电池来满足需求。而金属锂具有极高的容量密度(理论比容量为3860mAh g-1)和最低的电势(-3.040V vs.标准氢电极)。但是金属锂用作电池负极时，在充放电过程中由于电流密度及锂离子分布不均等因素，锂离子在负极表面不均匀沉积形成枝晶。枝晶生长不仅会刺穿隔膜，造成电池短路，而且电池在循环过程中会反复消耗电解液，降低负极的利用率，从而造成了锂离子电池的循环性能差、安全性能低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳结构集流体、电池负极、电池正极和锂电池，本发明提供的碳结构集流体、电池负极或电池正极制备得到的锂电池具有较好的循环性能以及安全性，而且能量密度较高。

本发明提供了一种碳结构集流体，包括：

泡沫石墨；

附着在所述泡沫石墨表面的氧化铝层；

附着在所述氧化铝层表面的碳纳米管。

优选的，所述泡沫石墨的密度为3mg cm-3～50mg cm-3。

优选的，所述泡沫石墨的厚度为1.7mm～1.9mm。

优选的，所述泡沫石墨的孔隙为400μm～500μm。

优选的，所述碳纳米管的直径为10nm～30nm。

优选的，所述碳纳米管和泡沫石墨的质量比为(2～4)：1。

优选的，所述碳结构集流体的孔体积为0.8cm3g-1～1.1cm3g-1；

所述碳结构集流体的比表面积为230m2g-1～270m2g-1。

本发明提供的碳结构集流体采用三维碳材料，金属锂沿着碳管骨架沉积生长，优先填满集流体的孔隙，避免了金属锂平面生长时的尖端效应。因此，本发明提供的碳集流体能够有效的抑制金属锂枝晶的生长。

本发明提供了一种电池负极，包括：

上述技术方案所述的碳结构集流体；

附着在所述碳结构集流体上的金属锂。

本发明提供了一种电池正极，包括上述技术方案所述的碳结构集流体。