[发明专利]一种金属锌负极及其制备方法和水系锌离子电池

说明书

本发明提供了一种金属锌负极及其制备方法和水系锌离子电池，属于电极材料技术领域。本发明提供的金属锌负极包括金属锌片和包覆在所述金属锌片表面的改性聚丙烯腈涂层，所述改性聚丙烯腈涂层中改性聚丙烯腈由聚丙烯腈经预氧化处理得到，所述预氧化处理的温度为150～500℃。本发明将聚丙烯腈在150～500℃条件下进行预氧化处理，所得改性聚丙烯腈的表面具有丰富的极性键，如N‑H键，这些极性键能引导锌离子均匀沉积从而抑制枝晶生长，基于所述改性聚丙烯腈形成的有机涂层，能够保护锌负极不受电解液腐蚀。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种金属锌负极及其制备方法和水系锌离子电池。

背景技术

在储能领域，锂离子电池是目前技术最成熟、实际应用最多的电池体系，但是由于其储量有限、价格昂贵、安全性能差等缺陷，研究可以替代锂离子电池的电池体系成为了必然趋势。水系锌离子电池因具有安全经济、无毒、高离子导电率、较高的氧化还原电位(-0.763Vv.s.标准氢电极)和理论容量(820mAh·g^-1和5854mAh·cm^-3)的绝对优势而成为下一代储能电池的有利竞选者。但是金属锌负极由于枝晶生长严重以及腐蚀钝化导致电池循环性能差、库伦效率低的问题，限制了水系锌离子电池的进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属锌负极及其制备方法和水系锌离子电池，本发明提供的金属锌负极可以解决金属锌枝晶生长以及腐蚀问题，能够提高水系锌离子电池的循环性能以及库伦效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种金属锌负极，包括金属锌片和包覆在所述金属锌片表面的改性聚丙烯腈涂层；所述改性聚丙烯腈涂层中改性聚丙烯腈由聚丙烯腈经预氧化处理得到，所述预氧化处理的温度为150～500℃。

优选地，所述预氧化处理在空气氛围中进行。

优选地，升温至所述预氧化处理的温度的升温速率为1.8～2.2℃/min。

优选地，以升温至预氧化处理的温度开始计，所述预氧化处理的保温时间为25～35min。

优选地，所述改性聚丙烯腈的平均粒度为140～160μm。

优选地，所述改性聚丙烯腈涂层由浆料形成，所述浆料包括改性聚丙烯腈、聚偏氟乙烯和有机溶剂，所述浆料中改性聚丙烯腈和聚偏氟乙烯的质量比为7：1，所述浆料中有机溶剂的含量为45～50wt％。

优选地，所述改性聚丙烯腈涂层的厚度为20～30μm。

本发明提供了上述技术方案所述金属锌负极的制备方法，包括以下步骤：

在金属锌片的表面制备改性聚丙烯腈涂层，得到金属锌负极。

本发明提供了一种水系锌离子电池，以上述技术方案所述金属锌负极或上述技术方案所述制备方法制备得到的金属锌负极为负极。

优选地，所述水系锌离子电池的电解液为ZnSO₄水溶液，所述电解液中ZnSO₄的浓度为2mol/L。

本发明提供了一种金属锌负极，包括金属锌片和包覆在所述金属锌片表面的改性聚丙烯腈涂层，所述改性聚丙烯腈涂层中改性聚丙烯腈由聚丙烯腈经预氧化处理得到，所述预氧化处理的温度为150～500℃。本发明将聚丙烯腈在150～500℃条件下进行预氧化处理，所得改性聚丙烯腈的表面具有丰富的极性键，如N-H键，这些极性键能引导锌离子均匀沉积从而抑制枝晶生长，基于所述改性聚丙烯腈形成的有机涂层，能够保护锌负极不受电解液腐蚀。

附图说明

图1为基于实施例1以及对比例1中锌电极片的电池的循环性能图；