[发明专利]一种具有均一介孔结构涂层的金属锌负极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有均一介孔结构涂层的金属锌负极及其制备方法和应用，属于水系锌离子电池技术领域，包括锌负极和黏土浆料层，经预嵌锌处理制得，所述黏土浆料的原料粉包括：聚偏二氟乙烯1％～20wt％；黏土材料80％～90wt％。本发明所提出的一种水系锌离子电池负极涂层可以起到保护层的作用，在一定程度上隔离锌负极与电解液的直接接触，减少电极与电解液之间的副反应，循环稳定性得到提高，材料本身的层状多孔性能有效防止循环过程中产生枝晶刺穿隔膜，缓解负极的体积膨胀，有效减少了电池短路的情况发生，安全性能得到提高。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池技术领域，具体涉及一种具有均一介孔结构涂层的金属锌负极及其制备方法和应用。

背景技术

水系锌离子电池具有成本低、运行安全性高、环境友好等有点，在新型能源的开发上具有广阔的发展前景。然而，传统的水系锌离子电池在进行充放电循环时，金属锌负极表面会因为“尖端效应”出现电场的局部集中，导致锌离子的不均匀沉积和富集沉积最终引起锌枝晶的生长，进而导致电池容量的迅速衰竭甚至造成短路，由此被认为是制约水系锌电池长效稳定循环的重要因素。为解决该问题，人们尝试通过电极结构改性、电解液添加剂或涂覆保护等方法来改善锌电池的循环性能。例如，美国海军研究实验室等人通过设计海绵状锌电极抑制锌枝晶形成，获得了高稳定的锌银电池和锌镍电池。但是该研究中的海绵状锌电极的制备需要复杂的工序，时间长、成本高，不适合推广。其次，结构改性不能根本上解决锌负极在水性电解液中的腐蚀、钝化等问题，为此还需要进一步优化。

发明内容

针对现有技术中锌金属负极的不可逆性和的低利用率的问题，本发明的目的在于提供一种具有均一介孔结构涂层的金属锌负极及其制备方法和应用，提出采用涂覆的方式在活性物质界面形成稳定性导离子保护层的办法抑制表面枝晶或突起的产生，提高电池安全性及利用率。

本发明提供以下技术方案：一种具有均一介孔结构涂层的金属锌负极，包括锌负极和黏土浆料层，经预嵌锌处理制得，所述黏土浆料的原料粉包括：聚偏二氟乙烯1％～20wt％；黏土材料80％～90wt％。

优选的方案，所述的黏土材料为高岭土、绿泥石、石脂、凹凸棒石、蛭石、水铝英石、伊来石中的一种或多种组合。

更优选的方案，所述的黏土材料为高岭土。高岭土材料主要由Al₂O₃和SiO₂组成，高岭土的结构是1：1型结构层，其通过硅氧四面体层和铝氧八面体层相互连接。

优选的方案，所述的锌负极为金属锌单质或者金属锌合金。

优选的方案，所述的黏土浆料层的厚度为3～30μm。

本发明提供所述具有均一介孔结构涂层的金属锌负极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将黏土浆料的原料粉在研钵中混合干磨，然后用适量的有机溶剂再研磨；

(2)将得到的浆料均匀刮涂在锌负极上，然后真空干燥，得到高岭土涂覆锌负极；

(3)再经预嵌锌处理后，得到最终涂层改性锌负极材料。

优选的方案，步骤(1)中，将黏土浆料的原料粉在研钵中混合干磨0.5～1小时，然后用适量的有机溶剂再研磨10～40分钟。

优选的方案，步骤(2)中，将刮涂后的锌箔置于真空烘箱中，烘箱温度为40～120℃，干燥时间大于8小时。

优选的方案，步骤(3)中，所述的预嵌锌处理具体为：