[发明专利]一种锌负极及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种锌负极及其制备方法和应用，所述锌负极包括锌片和生长在所述锌片表面的保护层；保护层为含有聚多巴胺的薄膜。本申请所提供的的锌负极，其保护层上富含多电子胺基、醌基、羟基，导电性较好，有利于加快锌离子在电极表面的吸附过程，降低电化学反应阻抗；保护层的构建，使得锌负极与电解液之间的副反应被极大地抑制，其稳定性得到显著提高，锌离子在锌电极上的沉积过程得到有效调控，避免锌负极的粉化和锌枝晶的产生，从而改善对称锌离子电池的库伦效率、循环寿命，以及提高水系锌离子电池的容量保持率和循环寿命。

技术领域

本申请涉及一种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。

背景技术

随着能源危机与环境问题日益突出，能源结构变革势在必行，可再生能源对未来可持续发展具有重要意义。然而，可再生能源不连续、不稳定，将其直接并网会对电网产生很大的冲击。储能技术作为连接发电侧与电网/用户侧之间的桥梁，是实现电力平滑输出、削峰填谷等的关键技术。在众多的储能技术中，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等优点，被广泛地应用于各种便携式电子设备和电动汽车中，但锂资源储量有限、分布不均匀,限制了锂离子电池的规模化发展。水系锌离子电池是一种安全可靠、环境友好的高效可充电电池，因锌负极本身具有电极电势较负(-0.76V相对于标准氢电极)、多电子反应、能量密度高(820mAh g^-1)、储量丰富及成本低等特点，逐渐成为大规模高效储能技术的候选之一。

锌离子电池存在的主要问题是，在充放电过程中，锌负极处会发生金属锌不均匀的沉积/溶解反应，从而引发严重的枝晶生长，进而导致电池效率的降低与循环寿命的缩短。此外，水系电解液中析氢副反应的发生、锌负极表面腐蚀钝化等副产物的生成，均会导致界面不稳定，从而使得锌沉积溶解不均匀性进一步恶化。在传统锂离子电池中，石墨负极在放电过程中与电解液发生反应，在其表面生成一层致密的固体电解质(SEI)膜，这层SEI膜不仅可以抑制石墨负极与电解液之间的副反应，还可以帮助稳定锂离子在石墨负极中的嵌入/脱出，实现稳定的充放电循环。因此，在锌负极上构建人工保护层受到了广泛的关注。

目前，关于人工保护层的研究多数集中在聚合物涂覆的方法，在实际应用中因电池极化过大无法满足高功率密度的要求。发明专利CN11160025A公开了一种具有弹性保护层的锌负极材料及其制备方法，该发明制备简单、成本低廉，有效提高锌负极的循环寿命，但由于粘结剂的使用不可避免地导致该保护层导电性下降，从而导致全电池的功率密度受限。因此，制备超薄高导电性的人工保护层，对于获取在高功率密度下稳定循环的锌负极至关重要。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种锌负极及其制备方法和应用，该锌负极的锌片表面生长有含有聚多巴胺的薄膜，该薄膜在稳定锌片界面的同时，能够实现锌负极的均匀沉积。

所述锌负极包括锌片和原位生长在所述锌片表面的保护薄膜；

保护薄膜为包括聚多巴胺与聚醇类物质的复合薄膜。

可选地，保护薄膜还含有聚醇类物质。

优选地，聚醇类物质的为聚乙二醇、聚丙三醇中的至少一种。

所述聚乙二醇可选用PEG-200、PEG-400和PEG-600，优选PEG600。

可选地，保护薄膜为包括聚多巴胺与聚醇类物质的复合薄膜。

优选地，保护薄膜为聚多巴胺与聚乙二醇的复合薄膜。

优选地，锌片厚度为20-500μm；进一步优选地，锌片厚度为20-100μm；

优选地，所述保护层的厚度为0.1-5μm；

优选地，所述保护薄膜上具有氨基、醌基、羟基。