[发明专利]一种复合锂金属负极、制备方法及应用

权利要求书

1.一种复合锂金属负极，其特征在于：

包括锂离子绝缘层、电子传输通道和锂离子传输通道，所述锂离子绝缘层由锂离子传导率≦1×10^-4 m S cm^-1的无机物或有机物组成，所述锂离子传输通道由锂离子传导率≧1mS cm^-1聚合物、熵弹性模量为1~200 N cm^-2的聚合物、锂离子传导率≧1 ×10² mS cm^-1的氧化物和硫化物中的一种或多种组成，所述电子传输通道由金属微米孔阵列的骨架组成，所述锂离子绝缘层覆盖在所述金属微米孔阵列的表面，所述锂离子传输通道将金属微米孔进行填充，使所述锂离子传输通道与所述电子传输通道接触。

2.如权利要求1所述的一种复合锂金属负极，其特征在于：

所述锂离子传输通道的锂离子传导率≧1 mS cm^-1；所述锂离子传输通道的厚度为1~100 µm。

3.如权利要求1所述的一种复合锂金属负极，其特征在于：

所述锂离子绝缘层的锂离子传导率≦1×10^-4 m S cm^-1；所述锂离子绝缘层由高结晶度的聚合物组成，所述高结晶度为结晶度≧50%，所述锂离子绝缘层的厚度为0.5~50 µm。

4.如权利要求1所述的一种复合锂金属负极，其特征在于：

所述电子传输通道由电导率≧1×10⁸ mS cm^-1的金属组成；所述电子传输通道由银微米孔阵列骨架组成，所述电子传输通道的厚度为1~100 µm。

5.如权利要求1所述的一种复合锂金属负极，其特征在于：

所述锂离子传输通道的体积在电池充电的过程中变小，在电池放电的过程中变大。

6.一种复合锂金属负极的应用，所述复合锂金属负极为权利要求1所述的一种复合锂金属负极，其特征在于：

所述复合锂金属负极应用于锂金属固态电池和锂金属液态电池。

7.一种复合锂金属负极制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将结晶度≧50%的聚合物加入到有机溶剂中,在常温下磁力搅拌≧6小时，使聚合物充分溶入有机溶剂中，得到含有结晶度≧50%的聚合物的有机溶剂；有机溶剂为四氢呋喃 、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺的一种或多种；

（2）在水含量≤0.01ppm，氧含量≤0.01ppm的条件下，将步骤（1）得到的含有结晶度≧50%的聚合物的有机溶剂均匀的涂抹到金属片表面，然后将其在真空干燥箱中，在60℃条件下干燥≧12个小时，随着有机溶剂的挥发，得到覆盖有结晶度≧50%的聚合物的金属片；

（3）用激光将步骤（2）得到的覆盖有结晶度≧50%的聚合物的金属片进行打孔，形成聚合物-金属片复合微米孔阵列，其中金属片微米孔阵列的骨架作为电子传输通道，结晶度≧50%的聚合物作为锂离子绝缘层，所述激光波长在100~10000 nm，所述激光由激光器发出；

（4）将锂离子传导率≧1 mS cm^-1和熵弹性模量为1~200 N cm^-2的聚合物加入到有机溶剂中,在常温下磁力搅拌≧6小时，使聚合物充分溶入有机溶剂中，得到含有锂离子传导率≧1 mS cm^-1和熵弹性模量为1~200 N cm^-2的聚合物的有机溶剂；

（5）将无机固体电解质加入步骤（4）得到的含有锂离子传导率≧1 mS cm^-1和熵弹性模量为1~200 N cm^-2的聚合物的有机溶剂中，在水含量≤0.01ppm，氧含量≤0.01ppm的条件下，在常温下搅拌≧2小时，得到含有无机固体电解质和锂离子传导率≧1 mS cm^-1和熵弹性模量为1~200 N cm^-2的聚合物的有机溶剂，然后将其涂抹到步骤（3）得到的聚合物-金属片复合微米孔阵列表面，液态的无机固体电解质和聚合物的有机溶剂将填充到银微米孔中，然后将银微米孔阵列在真空干燥箱中，在60℃条件下干燥≧8小时，将有机溶剂挥发完，得到不含锂的复合锂金属负极材料；

（6）将步骤（5）得到的不含锂的复合锂金属负极材料，与金属锂组成成半电池，然后向不含锂的复合锂金属负极材料电化学镀锂，面容量在10 ~100 mA h cm^-2，得到含有金属锂的复合锂金属负极材料。