[发明专利]一种3D亲锂复合碳纤维骨架及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种3D亲锂复合碳纤维骨架，其特征在于，包括3D碳纤维骨架、复合在碳纤维上的Cu₃P层以及掺杂在碳纤维上的含磷官能团；所述的3D碳纤维骨架由碳质纤维相互交织而成，内含大量孔隙；所述的Cu₃P层为包覆在碳纤维上的亲锂薄层；所述的含磷官能团均匀分布于碳纤维表面；所述3D亲锂复合碳纤维骨架的制备方法包括以下步骤：

步骤（1），电镀：

将一定大小清洗干净的碳纤维骨架作为工作电极，铜箔作为对电极，相隔一定距离，加入电解液中，通以一定大小的直流电进行电沉积；

步骤（2），液相反应：

将电镀完的碳纤维骨架清洗烘干，加入强碱和氧化剂的混合溶液中浸泡，清洗烘干得到氢氧化铜包覆的碳纤维骨架；

步骤（3），磷化处理：

将氢氧化铜包覆的碳纤维骨架置于管式炉中氩气流的下风处，进行磷源热解磷化，最终获得3D亲锂复合碳纤维骨架。

2.如权利要求1所述的3D亲锂复合碳纤维骨架，其特征在于，所述的3D碳纤维骨架为碳纸、碳布、碳毡中的至少一种，比表面积为50~1100m²/g，碳纤维直径为0.1~50μm，厚度为10~500μm，孔间距为0.5~400μm，孔隙率为15~90%。

3.如权利要求1所述的3D亲锂复合碳纤维骨架，其特征在于，所述的含磷官能团，其磷含量为3~20at.%。

4.如权利要求1所述的3D亲锂复合碳纤维骨架，其特征在于，所述的Cu₃P层的厚度为5~100 nm，Cu₃P层含量为10~95wt.%。

5.如权利要求1所述的3D亲锂复合碳纤维骨架，其特征在于，

步骤（1）中：

工作电极和对电极相隔的距离为5~100mm；

所述的电解液为水溶液，溶质为硫酸铜、酒石酸钠、柠檬酸钠、硝酸钾中的至少一种；

所述的直流电的电流大小为10~500 mA cm⁻²；

所述的电沉积时间为1~90min；

步骤（2）中：

所述的氢氧化铜包覆层表面为纳米线状、尖刺状、平面状、颗粒状中的至少一种；

所述的氧化剂为重铬酸钠、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸、过硫酸铵、双氧水中的至少一种；

所述的氧化剂水溶液的浓度为0.01~50 mmol/L；

所述的强碱溶液的浓度为0.1~6 mol/L；

所述的液相反应时间为5~120 min，反应温度为5~80 ℃；

步骤（3）中：

所述的磷源为偏磷酸盐、次亚磷酸盐中的至少一种；

所述的磷源与氢氧化铜包覆的碳纤维骨架的质量比为0.6:1~30:1；

所述的磷化处理的温度为280~600 ℃，所述的管式炉升温速率为0.5~10 ℃/min；所述的磷化处理的时间为 0.5~8h；

所述的氩气流的通气速率为 100~400ml/min。

6.如权利要求1-5任一项所述的3D亲锂复合碳纤维骨架在锂金属阳极的应用。

7.一种锂金属阳极的制备方法，其特征在于，将权利要求1-5任一项所述的3D亲锂复合碳纤维骨架材料冲压成极片，向其中填充金属锂作为活性电极。

8.一种金属锂电池，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的3D亲锂复合碳纤维骨架制备的锂金属阳极作为电极材料。