[发明专利]一种具有电化学活性的金属负极保护层的制备方法

摘要

本发明涉及一种具有电化学活性的金属负极保护层的制备方法，属于材料领域。该制备方法是在金属‑螯合物制备过程中原位加入碳材料，制得导电性良好兼有电化学活性的金属‑螯合物与碳复合物；电化学活性来自于螯合物中金属离子的电化学氧化和还原过程。通过涂覆或擀压成膜将金属‑螯合物与碳材料复合物附着在高活性、高容量的金属负极上，形成表面附着保护层的稳定的二次电池金属负极材料，螯合物中的金属与金属负极为同种金属元素，用于水系和有机系二次电池，由此克服金属负极在充电过程中的枝晶、粉化消耗的问题，以及由此引起的安全性问题，延长电池使用寿命，有效提高电池的比能量。

主权项

一种具有电化学活性的金属负极保护层的制备方法，其特征是该制备方法步骤以下：(1)将螯合物单体溶于链转移剂水溶液中，加入碳材料，使其均匀分散在上述酸性溶液中，形成混合溶胶；螯合物单体为乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸、亚氨基二乙酸或氨基膦酸；链转移剂为亚硫酸氢锂、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾或亚硫酸氢铵；螯合物单体的质量百分比为20％～50％，链转移剂的质量百分比为1％～10％；碳材料为石墨、石墨烯、碳黑、乙炔黑、炭纤维、纳米碳纤维、炭纳米管中的一种以上，螯合物单体与碳材料的质量比为1～9∶1；(2)将含有氧化剂的水溶液缓慢滴加到混合溶胶中，恒温反应得到中间产物；氧化剂为过硫酸钠、过硫酸铵、和过硫酸钾、三氯化铁或硫酸铁，用量占反应体系总质量的0.01％～5％；反应温度为30～80℃，反应时间为2～15h；(3)用碱水溶液中和至pH值为7～7.5，去离子水洗涤过滤，得到碱金属‑螯合物与碳复合物；碱水溶液中的碱为氢氧化钠、氢氧化锂或氢氧化钾，碱的质量百分数为10％～50％；(4)用含非碱金属离子的盐水溶液进行浸泡，去离子水洗涤过滤，得到非碱金属‑螯合物与碳复合物；含非碱金属离子的盐水溶液中的盐为硝酸镁、硝酸铝、硝酸锌、氯化镁、氯化铝、氯化锌、硫酸锌或硫酸铝，盐的质量百分数为10％～50％；浸泡时间为3～24小时；(5)在碱金属‑螯合物与碳复合物中加入溶剂调成浆料，涂覆在活性金属基体上或擀压成膜压制在活性金属基体上，在活性金属基体表面附着上一层保护层；溶剂为水、乙醇、丙醇、N‑甲基吡咯烷酮、N‑甲基甲酰胺中的一种以上，溶剂的质量百分比为10％～50％；活性金属为锂、钠、镁、铝、锌、铜、镍；(6)在非碱金属‑螯合物与碳复合物中加入粘结剂和溶剂调成浆料，涂覆在活性金属基体上或擀压成膜压制在活性金属基体上，在活性金属基体表面附着上一层保护层；粘结剂为聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚偏四氟乙烯或纤维素，添加量为金属‑螯合物与碳复合物质量的20％以下。