[发明专利]一种具有三明治结构的复合金属负极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种具有三明治结构的复合金属负极，其特征在于：包括集流体、电沉积的金属层、氟掺杂无定形碳基保护层，所述集流体、电沉积的金属层、氟掺杂无定形碳基保护层组成三明治结构，所述氟掺杂无定形碳基保护层均匀附着在所述集流体表面，所述电沉积的金属层呈片状平行于所述集流体。

2.根据权利要求1所述的一种具有三明治结构的复合金属负极，其特征在于：所述氟掺杂无定形碳基保护层的厚度为4～6μm，所述电沉积的金属层的厚度为2～10μm。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有三明治结构的复合金属负极，其特征在于：所述集流体为铜箔、镍箔、钛箔、不锈钢箔、碳布、碳纸、碳纳米管膜、石墨烯膜中的至少一种，所述氟掺杂无定形碳基保护层的氟由聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、氟乙烯/乙烯基醚共聚树脂、聚三氟氯乙烯中的至少一种提供。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的一种具有三明治结构的复合金属负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将含氟高分子材料溶入极性有机溶剂中配成粘性液体，将集流体浸渍在所述粘性液体中进行成膜，得到复合集流体前体；

S2、将所述复合集流体前体高温碳化，得到氟掺杂无定形碳层包覆集流体的电极前体；

S3、将所述电极前体切片后装入电池，通过电化学沉积将金属沉积到所述氟掺杂无定形碳层和集流体之间，获得具有三明治结构的复合金属负极。

5.根据权利要求4所述的一种具有三明治结构的复合金属负极的制备方法，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：

S1.1、将集流体用去离子水和乙醇交替清洗2～3次后吹干待用；

S1.2、将含氟高分子材料与极性有机溶剂按配比混合得到粘性液体；

S1.3、将所述集流体浸渍于所述粘性液体中，取出干燥，在集流体表面构建一层薄膜，获得复合集流体前体。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述S1.2中，含氟高分子材料与极性有机溶剂按1:20～50的质量体积配比，所述极性有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲苯甲酰胺、二甲基乙酰胺中的至少一种，所述S1.3中，浸渍时间为3～5min，干燥温度为60℃，真空干燥10～20h。

7.根据权利要求4所述的一种具有三明治结构的复合金属负极的制备方法，其特征在于：所述S2的具体步骤为将干燥后的复合集流体前体置于管式炉内，在氩气气氛下以2℃/min的速率升温至500～800℃后保温2h，制备出氟掺杂无定形碳层包覆集流体的电极前体。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S3中的电化学沉积其具体步骤为在0.25mA/cm²的电流密度下沉积1～5mAh/cm²的金属，所述电化学沉积设备采用扣式电池、电解槽中的一种。

9.一种二次电池，包括壳体、正极、隔膜、金属负极和电解液，其特征在于：所述金属负极为权利要求1～3任一项所述或权利要求4～8任一项所述制备方法获得的具有三明治结构的复合金属负极。

10.根据权利要求9所述的二次电池，其特征在于：所述复合金属负极为复合锌金属，所述电解液为含锌盐的水系电解液，所述正极为CNT/MnO₂或V₂O₅；或所述复合金属负极为复合锂金属，所述电解液为含锂盐的有机电解液，所述正极为LFP或LTO；或所述复合金属负极为复合钠金属，所述电解液为含钠盐的有机电解液，所述正极为锰酸钠或磷酸铁钠。