[发明专利]一种抑制锌枝晶的材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种抑制锌枝晶的材料及其制备方法与应用，该材料为锌基材料和碳单质材料的复合材料，所述锌基材料呈粉末状或者呈板状或片状，所述碳单质材料包覆在该锌基材料粉末颗粒的表面或附着在锌基材料板材或片材的表面上。本发明通过对金属锌单质材料进行改性，在锌板表面涂覆碳层，或者在锌粉粉末颗粒的周围包覆碳层，得到的复合材料能有效抑制锌枝晶的生长，尤其可作为负极材料应用于水系锌基电池，发挥其抑制锌枝晶生长的性能。

技术领域

本发明属于水系锌基电池领域，更具体地，涉及一种抑制锌枝晶生长的材料及其制备方法与应用。

背景技术

金属锌(Zn)由于具有成本低廉、导电性好、性质稳定、安全无毒、高析氢过电位和高理论容量(819mAh g^-1)的优点，广泛用于水系锌基电池负极材料。然而，在长期的溶解-沉积过程中，锌表面形貌发生变化，容易形成枝晶，刺穿电池隔膜而引起电池的短路，从而降低电池的循环寿命。因此，开发有效的方法和技术来抑制锌枝晶的生长是水系锌基电池实用化的关键。目前所报道的方法，例如设计三维泡沫状的锌，在抑制锌枝晶的方面有一定效果。然而这种制备方法，不仅工艺繁琐而且成本较高，很难规模化生产，因此开发更加实用和有效的方法仍是一项挑战。

发明内容

针对现有技术抑制锌枝晶方法的成本偏高、工艺复杂的问题，本发明的目的在于提供一种抑制锌枝晶的材料及其制备方法与应用，通过对金属锌单质材料进行改性(锌可以是板材或者粉末)，在锌板表面涂覆碳层，或者在锌粉粉末颗粒的周围包覆碳层，得到的复合材料能有效抑制锌枝晶的生长，尤其可作为负极材料应用于水系锌基电池，发挥其抑制锌枝晶生长的性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种抑制锌枝晶的材料，其特征在于，该材料为锌基材料和碳单质材料的复合材料，所述锌基材料呈粉末状或者呈板状或片状，所述碳单质材料包覆在该锌基材料粉末颗粒的表面或附着在锌基材料板材或片材的表面上。

作为本发明的进一步优选，所述锌基材料为锌单质材料或锌合金材料；

所述碳单质材料具体为活性炭、乙炔黑、科琴黑、超磷碳或其他有机物衍生碳中的一种或几种；所述碳单质材料其粉末颗粒大小为0.1到3μm之间，比表面积大于500㎡/g；

优选的，该复合材料中所述碳单质材料的含量不大于50wt％。

作为本发明的进一步优选，所述碳单质材料是以碳层的形式附着在锌基材料板材或片材的表面上，该碳层的面密度为5mg/cm²到15mg/cm²之间，厚度在50-150μm之间；

优选的，所述碳单质材料是通过涂覆、原位沉积或溅射附着在锌基材料板材或片材的表面上的。

按照本发明的另一方面，本发明提供了制备上述抑制锌枝晶材料的方法，其特征在于，锌基材料呈粉末状，该方法是将碳单质材料粉末与粘结剂和锌粉混合均匀后擀成薄膜，接着将该薄膜在60-200℃的温度下真空保温干燥，冷却后即可得到抑制锌枝晶材料。

作为本发明的进一步优选，所述薄膜是在基板上擀制成的，所述基板包括金属锌板、铝板、不锈钢板、镍板、钛板，具体是将碳单质材料粉末与粘结剂和锌粉混合均匀后涂覆在所述基板上然后擀成薄膜的。

作为本发明的进一步优选，所述碳单质材料粉末的粒径为0.1到3μm之间，所述锌粉的粒径为0.1到1μm之间，所述碳单质材料粉末、所述粘结剂、所述锌粉三者的质量比为1：2：7。

按照本发明的又一方面，本发明提供了制备上述抑制锌枝晶材料的方法，其特征在于，锌基材料呈板状或片状，该方法是将碳单质材料与粘结剂和有机溶剂混合后形成浆料，然后将该浆料均匀涂覆在锌基材料板材或片材的表面上，接着在60-200℃的温度下真空保温干燥，冷却后即可得到抑制锌枝晶材料。