一种锂金属电池立方孔碳涂层隔膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一种锂金属电池立方孔碳涂层隔膜及其制备方法，属于电池材料技术领域。本发明提供的锂金属电池涂层隔膜的涂覆材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，所述立方孔由碳壁围成；所述立方孔大小均匀，边长为20～28nm，紧密堆叠排列。所述涂覆材料是由含碳有机物通过碳化后去除模板得到的。本发明的涂覆材料电解液润湿性好，提高了电解液的利用效率；能降低界面阻抗，提高了锂金属电池的倍率能力。

权利要求

1.一种锂金属电池涂层隔膜的涂覆材料，其特征在于：所述涂覆材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，所述立方孔由碳壁围成；

所述立方孔大小均匀，边长为20 28 nm，紧密堆叠排列；

~

所述的涂覆材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将无机盐模板和含碳有机物混合，得到模板和前驱体的混合物；

所述无机盐模板为氯化铁、氯化锰和氯化锌中的至少两种；

所述含碳有机物为葡萄糖酸钠、醋酸钠和油酸钠中的至少一种；

（2）在步骤（1）得到的所述混合物中加入硫酸钠，得到预碳化材料；

（3）将所述预碳化材料在惰性气氛中加热，得到内部带有无机盐模板的立方孔碳材料；

（4）将所述内部带有无机盐模板的立方孔碳材料去除无机盐模板，得到纯净的立方孔碳材料；

（5）将步骤（4）中制得的纯净的立方孔碳材料在惰性气氛中加热，得到立方孔碳，即为所述涂覆材料。

2.权利要求1所述的涂覆材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将无机盐模板和含碳有机物混合，得到模板和前驱体的混合物；

所述无机盐模板为氯化铁、氯化锰和氯化锌中的至少两种；

所述含碳有机物为葡萄糖酸钠、醋酸钠和油酸钠中的至少一种；

（2）在步骤（1）得到的所述混合物中加入硫酸钠，得到预碳化材料；

（3）将所述预碳化材料在惰性气氛中加热，得到内部带有无机盐模板的立方孔碳材料；

（4）将所述内部带有无机盐模板的立方孔碳材料去除无机盐模板，得到纯净的立方孔碳材料；

（5）将步骤（4）中制得的纯净的立方孔碳材料在惰性气氛中加热，得到立方孔碳，即为所述涂覆材料。

3.根据权利要求2所述的涂覆材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述无机盐模板的反应产物和所述含碳有机物的摩尔比为1:4 20；

~

步骤（2）中，所述含碳有机物和所述硫酸钠的摩尔比为1:4 20；

~

步骤（2）中，所述硫酸钠为粉末状。

4.根据权利要求3所述的涂覆材料的制备方法，其特征在于：所述无机盐模板为下述任一种：1）氯化铁和氯化锰；2）氯化铁和氯化锌；3）氯化铁、氯化锰和氯化锌。

5.根据权利要求4所述的涂覆材料的制备方法，其特征在于：所述无机盐模板为下述任一种：1）氯化铁和氯化锰；所述氯化铁和氯化锰的摩尔比为2 5:1；2）氯化铁和氯化锌；所述~

氯化铁和氯化锌的摩尔比为2 5:1；3）氯化铁、氯化锰和氯化锌；氯化铁：氯化锰和氯化锌之~

和的摩尔比为2 5:1。

~

6.根据权利要求2或3所述的涂覆材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述加热的温度为400 700 ℃；保温时间为1 5 h；

~ ~

步骤（5）中，所述加热的温度为800 1100 ℃；保温时间为1 5 h。

~ ~

7.根据权利要求6所述的涂覆材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述加热的温度为500 700 ℃；保温时间为3 4 h；

~ ~

步骤（5）中，所述加热的温度为800 1000 ℃；保温时间为3 4 h。

~ ~

8.根据权利要求2或3所述的涂覆材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，还包括所述混合后加热并冷却至室温的步骤；

步骤（3）和步骤（5）中，所述惰性气氛为氮气气氛、氩气气氛和氦气气氛中的至少一种；

步骤（4）中，将所述内部带有无机盐模板的立方孔碳材料浸泡于酸性溶液中去除无机盐模板；

步骤（3）中，所述加热的升温速率为1 5 ℃/min；步骤（4）中，所述加热的升温速率为3~ ~

10 ℃/min。

9.一种锂金属电池涂层隔膜，包括权利要求1所述的涂覆材料和基膜。

10.根据权利要求9所述的锂金属电池涂层隔膜，其特征在于：所述基膜为PP膜。

11.权利要求9或10所述的锂金属电池涂层隔膜的制备方法，包括如下步骤：将权利要求1或2所述涂覆材料与粘结剂混合，然后将其涂覆在所述基膜上，即得到所述锂金属电池涂层隔膜。

12.根据权利要求11所述的锂金属电池涂层隔膜的制备方法，其特征在于：所述涂覆材料与所述粘结剂的质量比为4 9:1；

~

所述粘结剂为PVDF、PVP和PEO中的至少一种。

13.一种锂电池，包括权利要求9或10所述的锂金属电池涂层隔膜。

说明书

一种锂金属电池立方孔碳涂层隔膜及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及的是一种锂金属电池立方孔碳涂层隔膜及其制备方法。

背景技术

[0002] 移动电子设备和电动汽车快速发展，迫切需要更高能量密度的锂二次电池储能供电。然而，目前市面上仍广泛使用锂离子电池，负极采用石墨等插层化合物存储锂离子，理
论容量难以满足应用需要。锂金属负极具有最高的理论比容量(3860mAh/g)和最低的电化
学电势(‑3.04V vs.标准氢电极)，是负极材料的理想选择。但是锂金属具有超高的反应活
性，在充放电反应过程中不均匀的沉积会造成无限的体积膨胀，导致表面SEI膜破裂，生成
锂枝晶，后续循环中生成“死锂”，降低锂金属的利用率；不断破裂的SEI膜导致锂金属与电
解质持续反应，既消耗了电解质、造成了负极活性物质的不可逆损失，生成的厚SEI膜也提
高了界面电阻。

[0003] 目前研究表明，锂金属负极的枝晶及粉化问题是影响锂金属电池实用化的重要原因之一。常用的改性策略是构建原位SEI膜和人工SEI膜。原位SEI膜改性是通过调控电解质
组分如电解质添加剂、共溶剂、锂盐种类和浓度，在负极表面原位生成增强的SEI膜，稳定负
极与电解液间的界面，引导锂离子的均匀沉积。但是这种方法得到的SEI膜组分和形态不易
控制，而且有效组分会在电池循环过程中不断消耗，最终丧失保护作用。人工SEI膜的组分
和作用与原位生成的SEI膜类似，可以在装配电池前通过锂金属的化学反应预先生成，也可
以制备好后直接涂覆在锂金属表面，但是人工SEI膜往往较厚，会增加界面阻抗，工程化放
大也比较困难。

[0004] 通过隔膜改性保护锂金属负极更加简单、方法多样，相比锂金属严苛的反应环境更加容易操作且更加安全。然而，隔膜改性在锂金属负极保护中的应用还有待进一步研究
和报道。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种锂金属电池立方孔碳涂层隔膜及其制备方法，本发明的涂层隔膜的涂覆材料具有立方孔，通过结构规范锂金属的沉积行为；该涂覆材料电解液润湿性好，
提高了电解液的利用效率；能降低界面阻抗，提高了锂金属电池的倍率能力。

[0006] 本发明首先提供了一种锂金属电池涂层隔膜的涂覆材料，所述涂覆材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，所述立方孔由碳壁围成；所述立方孔大小均匀，边长为20～28nm，
紧密堆叠排列。

[0007] 上述的涂覆材料，所述涂覆材料是由含碳有机物通过碳化后去除模板得到的；

[0008] 所述的涂覆材料是通过控制模板与含碳有机物的摩尔比控制立方孔的密度，通过控制含碳有机物与硫酸钠的摩尔比控制纳米薄片的厚度和大小。

[0009] 具体的，所述含碳有机物为葡萄糖酸钠、醋酸钠和油酸钠中的至少一种。

[0010] 本发明还提供了所述涂覆材料的制备方法，包括如下步骤：

[0011] (1)将无机盐模板和所述含碳有机物混合，得到模板和前驱体的混合物；

[0012] (2)在步骤(1)得到的所述混合物中加入硫酸钠，得到预碳化材料；

[0013] (3)将所述预碳化材料在惰性气氛中加热，得到内部带有无机盐模板的立方孔碳材料；

[0014] (4)将所述内部带有无机盐模板的立方孔碳材料去除无机盐模板，得到纯净的立方孔碳材料；

[0015] (5)将步骤(4)中制得的纯净的立方孔碳材料在惰性气氛中加热，得到立方孔碳，即为所述涂覆材料。

[0016] 上述的制备方法中，步骤(1)中，所述无机盐模板为氯化铁、氯化锰和氯化锌中的至少两种。

[0017] 所述无机盐模板的反应产物和所述含碳有机物的摩尔比为1:4～20。

[0018] 步骤(1)中，还包括所述混合后加热并冷却至室温的步骤；具体的，所述加热的温度为70～120℃；具体可为70～100℃；保温时间为3～5h；具体可为3h。

[0019] 所述混合步骤中，所述无机盐模板先溶于少量水，再加入所述含碳有机物。

[0020] 具体的，所述无机盐模板为下述任一种：

[0021] 1)氯化铁和氯化锰；具体的，所述氯化铁和氯化锰的摩尔比为2～5:1；具体可为2:1；

[0022] 2)氯化铁和氯化锌；具体的，所述氯化铁和氯化锌的摩尔比为2～5:1；具体可为2:1；

[0023] 3)氯化铁、氯化锰和氯化锌；具体的，氯化铁与(氯化锰和氯化锌之和)的摩尔比为2～5:1。

[0024] 上述的制备方法中，步骤(2)中，所述含碳有机物和所述硫酸钠的摩尔比为1:4～20。

[0025] 步骤(2)中，所述硫酸钠为粉末状。

[0026] 上述的制备方法中，步骤(3)和步骤(5)中，所述惰性气氛为氮气气氛、氩气气氛和氦气气氛中的至少一种。

[0027] 步骤(3)中，所述加热的温度为400～700℃，具体可为500～700℃；保温时间为1～5h，具体可为3～4h；升温速率为1～5℃/min；具体可为5℃/min。

[0028] 步骤(5)中，所述加热的温度为800～1100℃，具体可为800～1000℃；保温时间为1～5h，具体可为3～4h；升温速率为3～10℃/min，具体可为3℃/min或5℃/min。

[0029] 上述的制备方法中，步骤(4)中，将所述内部带有无机盐模板的立方孔碳材料浸泡于酸性溶液中去除无机盐模板。

[0030] 具体的，所述酸性溶液为稀盐酸溶液；

[0031] 所述浸泡的时间为6～10h；具体可为6h；所述浸泡的温度为室温。

[0032] 所述室温为本领域技术人员已知的温度，即15～40℃；具体可为15～30℃。

[0033] 步骤(4)中，所述方法还包括去除无机盐模板后清洗和干燥的步骤。

[0034] 本发明还提供了一种锂金属电池涂层隔膜，包括所述涂覆材料和基膜。

[0035] 上述的锂金属电池涂层隔膜中，所述基膜为PP膜。

[0036] 所述锂金属电池涂层隔膜的制备方法，包括如下步骤：将所述涂覆材料与粘结剂混合，然后将其涂覆在所述基膜上，即得到所述锂金属电池涂层隔膜。

[0037] 上述的制备方法中，所述涂覆材料与所述粘结剂的质量比为4～9:1；具体可为9:1。

[0038] 所述粘结剂为聚偏氟乙烯树脂(PVDF)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚氧化乙烯(PEO)中的至少一种。

[0039] 上述的制备方法中，所述涂覆材料与粘结剂通过研磨混合。

[0040] 最后，本发明还提供了一种锂电池，包括所述锂金属电池涂层隔膜。

[0041] 本发明的有益效果如下：

[0042] 1)本发明的锂金属电池立方孔碳涂层隔膜的涂覆材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，通过结构规范锂金属的沉积行为；

[0043] 2)本发明的锂金属电池立方孔碳涂层隔膜的涂覆材料具有中空结构和三维多孔结构，给予该材料大比表面积，能有效降低局部电流密度，均匀电场分布，抑制枝晶生长，使
锂沉积更加致密均匀；

[0044] 3)本发明的锂金属电池立方孔碳涂层隔膜的涂覆材料充放电过程会发生锂化反应，界面更加亲锂，能够降低锂吸附的活化能；

[0045] 4)本发明的锂金属电池立方孔碳涂层隔膜的涂覆材料电解液润湿性好，吸附电解液能力强，有效降低了锂离子浓度梯度，提高电解液的利用效率；

[0046] 5)本发明的锂金属电池立方孔碳涂层隔膜的涂覆材料能有效降低界面阻抗，降低锂沉积的形核过电势，从而提高锂离子迁移能力，从而提高锂金属电池的倍率能力；

[0047] 6)本发明的锂金属电池立方孔碳涂层隔膜的制备方法操作简单、绿色环保且易于规模化生产。

附图说明

[0048] 图1为实施例1步骤(5)制备得到的立方孔碳的透射电子显微镜(TEM)图。

[0049] 图2为实施例1制备得到的立方孔碳涂层隔膜与空白隔膜的电解液润湿性能图。

[0050] 图3为实施例1制备得到的立方孔碳涂层隔膜组装的锂铜电池与空白隔膜组装的锂铜电池在高倍率条件下的库仑效率对比图。

具体实施方式

[0051] 下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

[0052] 下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

[0053] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

[0054] 下述实施例中的PVDF(聚偏氟乙烯树脂)粘结剂，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

[0055] PP隔膜的厚度为30μm，购自Celgard。

[0056] 以下实施例制得的锂铜电池的组装及测试：以铜箔为正极，以金属锂片为负极，电解液由双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂以及体积比为1:1的乙二醇二甲醚与1,3‑二氧戊环的
混合溶剂组成，其中，双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂的浓度为1mol/L；隔膜采用实施例中制
备得到的涂层隔膜或空白隔膜(PP隔膜)，在手套箱中组成CR2016型锂金属电池；采用蓝电
测试系统对所组装的锂金属电池进行电化学性能测试，测试温度为30℃。

[0057] 实施例1

[0058] (1)将1.1536g氯化铁、0.4474g氯化锰溶于少量(5mL)去离子水中，加入20g油酸钠充分混合均匀，并加热至80℃后保温3h冷却至室温，得到模板和前驱体的混合物；

[0059] (2)在步骤(1)得到的混合物中加入粉末状硫酸钠40g，并充分混合均匀得到预碳化材料；

[0060] (3)将预碳化材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至700℃，保温4h后冷却，得到立方孔碳材料并内部带有无机盐模板；

[0061] (4)将带有无机盐模板的立方孔碳材料置于稀盐酸中6h去除模板，并清洗、干燥(100℃烘干24h)，得到纯净的立方孔碳材料；

[0062] (5)将立方孔碳材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至800℃，保温4h后冷却，得到立方孔碳；

[0063] (6)将0.6g步骤(5)得到的立方孔碳与0.067g PVDF粘结剂研磨混合均匀，涂覆在PP隔膜上，得到立方孔碳涂层隔膜。

[0064] 由图1中的TEM图可知，该实施例制备的涂层隔膜涂覆碳材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，该结构是由有机物碳化并去除模板得到的；立方孔大小均匀，边长～20nm，紧
密堆叠排列。

[0065] 由图2中的电解液润湿性能图可知，立方孔碳涂层隔膜对电解质的接触角为～6.7°，小于空白隔膜的接触角(～43.1°)，并且在3s后立方孔碳涂层隔膜的电解液全部浸
润；相比之下，空白隔膜在15s后电解液接触角仍有～35.3°。

[0066] 组装两个锂铜电池，区别仅在于：一个使用立方孔碳涂层隔膜，一个使用空白隔2 2
膜。两个锂铜电池的锂沉积和脱出容量均为2mAh/cm ，电流密度均为6mA/cm 。根据图3的测
试结果可知，使用立方孔碳涂层隔膜的锂铜电池稳定循环75周后库仑效率仍保持在
95.59％，相比之下，使用空白隔膜的锂铜电池在循环75周后库仑效率降为82.76％。

[0067] 实施例2

[0068] (1)将1.1536g氯化铁、0.4474g氯化锰溶于少量(5mL)去离子水中，加入10g油酸钠充分混合均匀，并加热至80℃后保温3h冷却至室温，得到模板和前驱体的混合物；

[0069] (2)在步骤(1)得到的混合物中加入粉末状硫酸钠40g，并充分混合均匀得到预碳化材料；

[0070] (3)将预碳化材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至500℃，保温4h后冷却，得到立方孔碳材料并内部带有无机盐模板；

[0071] (4)将带有无机盐模板的立方孔碳材料置于稀盐酸中6h去除模板，并清洗、干燥(100℃烘干24h)，得到纯净的立方孔碳材料；

[0072] (5)将立方孔碳材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至800℃，保温4h后冷却，得到立方孔碳；

[0073] (6)将0.6g步骤(5)得到的立方孔碳与0.067g PVDF粘结剂研磨混合均匀，涂覆在PP隔膜上，得到立方孔碳涂层隔膜。

[0074] 测试结果与图1类似，该实施例制备的涂层隔膜涂覆碳材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，该结构是由有机物碳化并去除模板得到的；立方孔大小均匀，边长～27nm，紧
密堆叠排列。

[0075] 测试结果与图2类似，立方孔碳涂层隔膜对电解质的接触角为～7.2°，小于空白隔膜的接触角(～43.2°)，并且在3s后立方孔碳涂层隔膜的电解液全部浸润；相比之下，空白
隔膜在15s后电解液接触角仍有～35.5°。

[0076] 组装两个锂铜电池，区别仅在于：一个使用立方孔碳涂层隔膜，一个使用空白隔2 2
膜。两个锂铜电池的锂沉积和脱出容量均为2mAh/cm ，电流密度均为6mA/cm 。测试结果与图
3类似，使用立方孔碳涂层隔膜的锂铜电池稳定循环75周后库仑效率仍保持在95.47％，相
比之下，使用空白隔膜的锂铜电池在循环75周后库仑效率降为82.61％。

[0077] 实施例3

[0078] (1)将1.1536g氯化铁、0.4474g氯化锰溶于少量(5mL)去离子水中，加入7.2g葡萄糖酸钠充分混合均匀，并加热至80℃后保温3h冷却至室温，得到模板和前驱体的混合物；

[0079] (2)在步骤(1)得到的混合物中加入粉末状硫酸钠80g，并充分混合均匀得到预碳化材料；

[0080] (3)将预碳化材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至700℃，保温4h后冷却，得到立方孔碳材料并内部带有无机盐模板；

[0081] (4)将带有无机盐模板的立方孔碳材料置于稀盐酸中6h去除模板，并清洗、干燥(100℃烘干24h)，得到纯净的立方孔碳材料；

[0082] (5)将立方孔碳材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至900℃，保温4h后冷却，得到立方孔碳；

[0083] (6)将0.6g步骤(5)得到的立方孔碳与0.067g PVDF粘结剂研磨混合均匀，涂覆在PP隔膜上，得到立方孔碳涂层隔膜。

[0084] 测试结果与图1类似，该实施例制备的涂层隔膜涂覆碳材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，该结构是由有机物碳化并去除模板得到的；立方孔大小均匀，边长～25nm，紧
密堆叠排列。

[0085] 测试结果与图2类似，立方孔碳涂层隔膜对电解质的接触角为～6.8°，小于空白隔膜的接触角(～43.6°)，并且在3s后立方孔碳涂层隔膜的电解液全部浸润；相比之下，空白
隔膜在15s后电解液接触角仍有～35.4°。

[0086] 组装两个锂铜电池，区别仅在于：一个使用立方孔碳涂层隔膜，一个使用空白隔2 2
膜。两个锂铜电池的锂沉积和脱出容量均为2mAh/cm ，电流密度均为6mA/cm 。测试结果与图
3类似，使用立方孔碳涂层隔膜的锂铜电池稳定循环75周后库仑效率仍保持在95.33％，相
比之下，使用空白隔膜的锂铜电池在循环75周后库仑效率降为82.59％。

[0087] 实施例4

[0088] (1)将1.1536g氯化铁、0.4839g氯化锌溶于少量(5mL)去离子水中，加入14.5g葡萄糖酸钠充分混合均匀，并加热至90℃后保温3h冷却至室温，得到模板和前驱体的混合物；

[0089] (2)在步骤(1)得到的混合物中加入粉末状硫酸钠80g，并充分混合均匀得到预碳化材料；

[0090] (3)将预碳化材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至700℃，保温4h后冷却，得到立方孔碳材料并内部带有无机盐模板；

[0091] (4)将带有无机盐模板的立方孔碳材料置于稀盐酸中6h去除模板，并清洗、干燥(100℃烘干24h)，得到纯净的立方孔碳材料；

[0092] (5)将立方孔碳材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至1000℃，保温4h后冷却，得到立方孔碳；

[0093] (6)将0.6g步骤(5)得到的立方孔碳与0.067g PVDF粘结剂研磨混合均匀，涂覆在PP隔膜上得到立方孔碳涂层隔膜。

[0094] 测试结果与图1类似，该实施例制备的涂层隔膜涂覆碳材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，该结构是由有机物碳化并去除模板得到的；立方孔大小均匀，边长～28nm，紧
密堆叠排列。

[0095] 测试结果与图2类似，立方孔碳涂层隔膜对电解质的接触角为～6.9°，小于空白隔膜的接触角(～43.4°)，并且在3s后立方孔碳涂层隔膜的电解液全部浸润；相比之下，空白
隔膜在15s后电解液接触角仍有～35.7°。

[0096] 组装两个锂铜电池，区别仅在于：一个使用立方孔碳涂层隔膜，一个使用空白隔2 2
膜。两个锂铜电池的锂沉积和脱出容量均为2mAh/cm ，电流密度均为6mA/cm 。测试结果与图
3类似，使用立方孔碳涂层隔膜的锂铜电池稳定循环75周后库仑效率仍保持在95.44％，相
比之下，使用空白隔膜的锂铜电池在循环75周后库仑效率降为82.63％。

[0097] 实施例5

[0098] (1)将1.1536g氯化铁、0.4839g氯化锌溶于少量(5mL)去离子水中，加入10g油酸钠充分混合均匀，并加热至100℃后保温3h冷却至室温，得到模板和前驱体的混合物；

[0099] (2)在步骤(1)得到的混合物中加入粉末状硫酸钠80g，并充分混合均匀得到预碳化材料；

[0100] (3)将预碳化材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至600℃，保温3h后冷却，得到立方孔碳材料并内部带有无机盐模板；

[0101] (4)将带有无机盐模板的立方孔碳材料置于稀盐酸中6h去除模板，并清洗、干燥(100℃烘干24h)，得到纯净的立方孔碳材料；

[0102] (5)将立方孔碳材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至900℃，保温3h后冷却，得到立方孔碳；

[0103] (6)将0.6g步骤(5)得到的立方孔碳与0.067g PVDF粘结剂研磨混合均匀，涂覆在PP隔膜上得到立方孔碳涂层隔膜。

[0104] 测试结果与图1类似，该实施例制备的涂层隔膜涂覆碳材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，该结构是由有机物碳化并去除模板得到的；立方孔大小均匀，边长～24nm，紧
密堆叠排列。

[0105] 测试结果与图2类似，立方孔碳涂层隔膜对电解质的接触角为～7.3°，小于空白隔膜的接触角(～43.7°)，并且在3s后立方孔碳涂层隔膜的电解液全部浸润；相比之下，空白
隔膜在15s后电解液接触角仍有～35.6°。

[0106] 组装两个锂铜电池，区别仅在于：一个使用立方孔碳涂层隔膜，一个使用空白隔2 2
膜。两个锂铜电池的锂沉积和脱出容量均为2mAh/cm ，电流密度均为6mA/cm 。测试结果与图
3类似，使用立方孔碳涂层隔膜的锂铜电池稳定循环75周后库仑效率仍保持在95.43％，相
比之下，使用空白隔膜的锂铜电池在循环75周后库仑效率降为82.65％。

[0107] 实施例6

[0108] (1)将1.1536g氯化铁、0.4474g氯化锰溶于少量(5mL)去离子水中，加入14.5g葡萄糖酸充分混合均匀，并加热至70℃后保温3h冷却至室温，得到模板和前驱体的混合物；

[0109] (2)在步骤(1)得到的混合物中加入粉末状硫酸钠60g，并充分混合均匀得到预碳化材料；

[0110] (3)将预碳化材料在氮气气氛中以5℃/min的升温速率加热至600℃，保温3h后冷却，得到立方孔碳材料并内部带有无机盐模板；

[0111] (4)将带有无机盐模板的立方孔碳材料置于稀盐酸中6h去除模板，并清洗、干燥(100℃烘干24h)，得到纯净的立方孔碳材料；

[0112] (5)将立方孔碳材料在氮气气氛中以3℃/min的升温速率加热至950℃，保温3h后冷却，得到立方孔碳；

[0113] (6)将0.6g步骤(5)得到的立方孔碳与0.067g PVDF粘结剂研磨混合均匀，涂覆在PP隔膜上得到立方孔碳涂层隔膜。

[0114] 测试结果与图1类似，该实施例制备的涂层隔膜涂覆碳材料具有纳米薄片结构并带有立方孔，该结构是由有机物碳化并去除模板得到的；立方孔大小均匀，边长～23nm，紧
密堆叠排列。

[0115] 测试结果与图2类似，立方孔碳涂层隔膜对电解质的接触角为～7.1°，小于空白隔膜的接触角(～43.5°)，并且在3s后立方孔碳涂层隔膜的电解液全部浸润；相比之下，空白
隔膜在15s后电解液接触角仍有～35.8°。

[0116] 组装两个锂铜电池，区别仅在于：一个使用立方孔碳涂层隔膜，一个使用空白隔2 2
膜。两个锂铜电池的锂沉积和脱出容量均为2mAh/cm ，电流密度均为6mA/cm 。测试结果与图
3类似，使用立方孔碳涂层隔膜的锂铜电池稳定循环75周后库仑效率仍保持在95.48％，相
比之下，使用空白隔膜的锂铜电池在循环75周后库仑效率降为82.53％。

[0117] 上述实施例制备得到的立方孔碳材料的性能，立方孔碳涂层隔膜与空白隔膜接触角和组装成的锂铜电池的库仑效率如表1所示。

[0118] 表1

[0119]