[发明专利]一种电极嵌锌处理方法及其在电池型超级电容器制备中的应用

说明书

本发明公开了一种电极嵌锌处理方法及其在锌离子电池型超级电容器制备中的应用。以电化学方法对电极进行嵌锌处理，具体为将待处理电极作为工作电极，以导电电极为对电极，将工作电极和对电极置于含锌离子的溶液中，在工作电极与对电极之间施加电压或电流。一种电池型超级电容器正极和负极中的至少一个电极按照该方法进行嵌锌处理，可以有效地改善正负电极电位不匹配、工作电压低、库伦效率低和循环寿命差等问题，获得成本低、工作电压高、容量高、可快速充放电和循环寿命长的电池型超级电容器。

技术领域

本发明属于电化学储能器件领域，涉及一种电极嵌锌处理方法及其在电池型超级电容器制备中的应用。

背景技术

在电池领域，成本和安全性能的重要性日益凸显，于是水性电解液替换主流有机电解液成为人们研究的热点。目前，尽管已有报道将含锌离子的溶液用于可充电电池，但现有的锌离子电池循环寿命均不足五百次。同时，在循环过程中，锌片负极容易形成枝晶的形成，会引起负极体积膨胀，同时有刺破隔膜造成电池短路的风险。

超级电容器是一种介于电池与传统静电电容器之间的新型储能器件。与电池相比，超级电容器具有更大的比功率(10倍以上)，且具有瞬间释放特大电流、充电时间短、充放电效率高、循环寿命长的特性，但是其能量密度远低于电池。专利文献CN 103560019B采用复合金属氧化物(二种或更多种金属掺杂复合形成的储能材料，如ZnCo₂O₄、ZnMn₂O₄、ZnFe₂O₄)为正极活性材料，锌与碳材料组成负极活性物质，制备出一种锌离子混合超级电容器。然而，该混合超级电容器压降很大(0.4V)，且需要高温煅烧制备ZnCo₂O₄、ZnMn₂O₄、ZnFe₂O₄等复合金属氧化物作为正极活性物质，且工艺复杂、成本高。同时，由于金属锌存在于负极，大功率充放电过程中的锌枝晶问题仍然存在。专利文献CN 107910195 A采用碳材料为正极活性物质，锌片或锌箔为负极材料，制备出一种锌离子电池型超级电容器，但锌片负极导致的枝晶问题及其安全隐患依然存在。

发明内容

本发明提供一种电极嵌锌处理方法，该方法包括：将待处理电极作为工作电极，以导电电极为对电极，将工作电极和对电极置于含锌离子的嵌锌溶液中，在工作电极与对电极之间施加电压或电流，以电化学方法对电极进行嵌锌处理，使正、负极在组装前的工作电位相匹配。例如，所述对电极为锌、铂、石墨中的至少一种，优选为锌。

根据本发明的嵌锌处理方法，所述工作电极与对电极之间施加电压或电流的方法可以选自恒电压法、恒电流法、恒电流充放电法、线性扫描法、循环伏安法中的至少一种；优选地，所述施加电压或电流的方法为恒电压法或者恒流充放电法。

进一步地，所述恒电流法的电流密度范围为0.01A/g～50A/g，处理时间为0.1～60h。

进一步地，所述恒电压法的电压范围为0～2V，处理时间为0.1～48h。例如，所述恒电压法的电压范围为0.2～1.8V、0.5～1.5V；作为示例，所述电压可以为0.2V、0.5V、0.6V、1.0V、1.2V、1.4V、1.5V、1.8V、2.0V。例如，所述处理时间可以为1～24h、1.5～8h；作为示例，所述处理时间为2h、4h、6h。

进一步地，所述恒流充放电法的电流密度范围为0.01A/g～50A/g，例如0.1～40A/g、1～30A/g、5～25A/g；电压范围为0～2V，例如电压为0.2～1.8V、0.5～1.5V；处理时间为0.1～60h，例如0.5～50h、1～40h、2～10h，作为示例，处理时间为2h、4h、6h。