[发明专利]一种抑制锌电池中锌枝晶生长的方法

说明书

本发明公开了一种抑制锌电池中锌枝晶生长的方法，本发明中将适当的天然蚕茧剪成圆片，放入烧杯中，加入一定量的水乙醇清洗，去除杂质后，在一定浓度的4,4'‑二氨基‑2,2'‑联吡啶乙醇溶液中浸泡、超声震荡后，在烘箱中烘干，随后放入管式炉中在N₂氛围下在400‑700℃温度下烧制一定时间，得到一种碳化蚕丝蛋白掺杂材料；将得到的碳化蚕丝蛋白掺杂材料作为锌电池中锌电极表面保护层材料，锌枝晶的生长得到了抑制，提高锌电池的使用寿命和安全性能，该材料具有广阔的应用前景。在整个制备过程中，操作简单，原料成本低，设备投资少，适合批量生产。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及到一种抑制锌电池中锌枝晶生长的方法。

背景技术

锌金属在地壳中资源丰富，在市场中价格低，使用安全系数高，且理论比容量高(可达820mAh g^-1)，电化学电势较低(-0.762V vs SHE)，被认为是较理想的水系电池负极材料之一。但锌金属在作为电池电极时也存在易氧化形成钝化膜、表面生长枝晶戳破隔膜引起电池短路等问题，从而影响水系锌基电池的循环性能和使用寿命等性能。

F.Wang等人报道了采用高浓度的锂盐掺入水系锌盐作为电解液组装全电池，使锌负极尽可能放电，SEM测试锌负极在沉积过程中无明显枝晶现象(Nature Materials,2018,17(6),543～549)。J.F.Parker等人报道了一种3D海绵结构的锌负极材料，该材料中添加了Ca(OH)₂以诱发溶解的Zn²⁺达到过饱和状态，有效阻止锌枝晶的产生，同时提高了Zn/Zn²⁺嵌入脱出的可逆性(Science,2017,356(6336),415～418)。P.Hu等人报道了以水热法制备的Na₂V₆O₁₆为锌离子电池的正极材料，以3mol L^-1Zn(CF₃SO₃)₂为电解液，测得在电流密度为50mA·g^-1时，其比容量可达到352mA·g^-1；且当电流密度增加到5000mA·g^-1，电势范围为0.2～1.6V(verus Zn/Zn²⁺)时，该电池循环6000圈仍可是容量保持率达到90％(NanoLetters,2018,18,1758～1763)。S.J.Banik等人报道了通过原位观察的方法研究了在电解液中添加不同含量的聚乙二醇(PEG-200)对抑制锌负极枝晶形成的影响(Journal of theElectrochemical Society,2013,160(11),519～523)。实验结果表明PEG对枝晶的抑制作用随PEG的浓度增加而增加，且浓度范围为100～10000ppm；此外，抑制枝晶的作用机理为降低锌电沉积反应的交换电流密度。目前改善锌基电池性能的方法包括改变锌基电池的电解液、采用不同的正极材料，如锰基氧化物、普鲁士蓝类似物、钒基氧化物和聚阴离子化合物等。二次锌电池电极材料热力学性质不稳定，其充电产物锌酸盐在强碱溶液中有较高的溶解度，锌电极容易出现变形、枝晶生长、自腐蚀及饨化等现象，使锌电池的性能受到影响，使二次锌电池应用受到严重制约。通过在锌电极上包覆一定组成或特定结构的材料，能够抑制锌枝晶的生长，延长电池的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种抑制锌电池中锌枝晶生长的方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种抑制锌电池中锌枝晶生长的的方法，所述方法采用天然蚕茧为主要原料，在N₂氛围下经过高温烧制，得到一种碳化蚕丝蛋白掺杂材料，将制得的碳化蚕丝蛋白掺杂材料作为锌电池中锌电极表面保护层材料，在一定的电流密度情况下，进行电池充放电循环实验，在电极表面锌沉积均匀，锌枝晶生长得到了抑制，具体包括以下步骤：