[发明专利]一种锂碳复合带及其制备方法

权利要求书

1.一种锂碳复合带，其特征在于，包括：

导电性基材，

位于基材至少一侧的金属锂过渡层，所述金属锂过渡层中的锂为活性锂，和

位于金属过渡层外侧的锂碳复合材料层，其中，所述锂碳复合材料包括多孔碳质骨架和填充在多孔碳质骨架的孔隙中的金属锂，锂碳复合材料层中碳的质量分数为15％至65％，

其中，所述的基材为金属箔材、有机聚合物膜材、无机材料膜材或者上述材料的复合膜材；

所述的金属箔材为铝、铜、镍、锡、铂、金、银、铁、铅、钛、铟、锌、镁、铍、钨、钠、锑或者它们的组合得到的箔材；

所述的有机聚合物膜材为聚烯烃、聚酯或者含有一个或多个氨基、羧基、羟基、亚氨基、卤素、磺酸基、硝酸基、巯基、苯基、氰基的改性聚合物制备的膜材；

所述的无机材料膜材包括无机碳材料、金属氧化物、金属卤化物、金属氮化物、金属硫化物、金属盐类或者它们的组合得到的膜材；

所述的上述材料的复合膜材包括表面镀铜的聚丙烯腈膜材、表面镀氧化物的铜箔、表面镀银的铜网、表面镀锂的不锈钢网，

其中，所述锂碳复合材料的多孔碳质骨架为由复合碳材料交织而成的具有亲锂性修饰层的网络骨架，其中所述复合碳材料包括晶化碳质材料和覆盖在所述晶化碳质材料的表面上的非晶碳质包裹层，所述非晶碳质包裹层构成亲锂性修饰层。

2.根据权利要求1所述的锂碳复合带，其特征在于，所述锂碳复合带满足以下条件中的至少一个：

所述的基材厚度为1微米至20微米，基材孔隙率为0％至85％；

所述的金属锂过渡层厚度为20纳米至5微米；

所述的锂碳复合材料层厚度为1微米至200微米。

3.根据权利要求1所述的锂碳复合带，其特征在于，

所述晶化碳质材料包括碳纳米管、石墨烯、热解碳纤维、石墨、中间相碳微球、碳黑中的一种或多种；

所述非晶碳质包裹层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，

所述非晶碳质包裹层的厚度在10nm至600nm范围内。

4.根据权利要求1所述的锂碳复合带，其特征在于，

所述非晶碳质包裹层还包括镶嵌于其中或表面上的纳米金属颗粒，所述的纳米金属颗粒的尺寸范围为5nm-800nm。

5.根据权利要求1所述的锂碳复合带，其特征在于，

所述的锂碳复合材料层中的多孔碳质骨架具有线形、球形、海胆形、多孔球形、类球形或扁平形结构。

6.根据权利要求1所述的锂碳复合带，其特征在于，

所述金属箔材包括冲孔铜箔。

7.根据权利要求1所述的锂碳复合带，其特征在于，

所述无机材料膜材包括碳纳米管纸或石墨烯纸。

8.一种如权利要求1至7中任一项所述的锂碳复合带的制备方法，其特征在于，所述制备方法在惰性气体保护下进行，包括以下步骤：

步骤一、基材的预处理，包括对基材进行除油、预氧化、等离子吹扫、超声清洗、高温处理中的至少一个；

步骤二、构建金属锂过渡层，包括采用辊压、刮刀涂敷、挤压涂敷、物理气相沉积、电镀、热蒸镀的方式，在基材表面构建金属锂过渡层；

步骤三、构建锂碳复合材料层，包括采用刮刀涂敷、挤压涂敷、压力复合的方式将锂碳复合材料与金属锂过渡层结合以得到锂碳复合带。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的惰性气体包括氩气、氦气。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述锂碳复合材料通过以下方法制备：

步骤1、将有机粘结剂、填料、交联剂和溶剂均匀混合，所述填料包括晶化碳质材料、有机填料和任选的无机填料；

步骤2、对步骤1获得的混合物进行去除溶剂的预干燥；

步骤3、在惰性气氛保护下，将步骤2获得的材料在300℃-1200℃范围内的温度进行加热，在冷却后得到多孔碳质骨架；

步骤4、将步骤3得到的多孔碳质骨架用熔融锂浸渍，得到锂碳复合材料；

其中，

所述的有机粘结剂、填料、交联剂和溶剂的质量比为4-15份：10-30份：0.01-20份：20-400份，

所述的晶化碳质材料在填料中的质量比例为15％至100％；

所述有机粘结剂选自由聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚丁烯苯乙烯、聚苯乙烯、聚羧基纤维素、氰基丙烯酸酯、聚丙烯酸、环糊精、环醚衍生物、聚氨酯、甲基丙烯酸酯、环氧树脂、醋酸乙烯基聚合物、聚酰亚胺、有机氟聚合物、有机硅氧烷、聚乙二醇、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、甘油、羟苯乙酯及其衍生物、单糖或多糖类聚合物组成的组；

所述有机填料选自由塑料微粒子、苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙、脱氢乙酸盐组成的组；

所述无机填料选自由金属纳米颗粒、金属氧化物、金属氮化物、碳酸钙、含水硅酸镁、云母、二氧化硅组成的组；

所述交联剂选自由丙烯酸键合烯丙基蔗糖或季戊四醇烯丙醚的高分子聚合物、过氧化苯甲酰、二亚乙基三胺、水合硼酸钠、纤维素衍生物、异噻唑啉酮组成的组；

所述溶剂选自由水、四氯乙烯、甲苯、松节油、丙酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、戊烷、正己烷、环己烷、辛烷、柠檬精、酒精、二甲苯、甲苯环己酮、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、甲基丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、苯酚、乙二胺组成的组。