[发明专利]一种水系锌离子电池负极、制备方法及电池

说明书

本发明公开了一种水系锌离子电池负极、制备方法及电池。所述方法包括下列步骤：(1)将银纳米线悬浊液滴加电池负极基底上，所述基底为锌片；(2)将滴加有银纳米线悬浊液的基底烘干，得到所述水系锌离子电池负极；其中，所述电池负极上的银纳米线和锌片基底在电化学循环过程中发生合金化反应形成以银纳米线为三维基体的AgZn₃合金层。本发明成功降低了锌在电池循环过程中的成核过电势，并且利用银锌合金层对锌的稳定性以及对电解液的隔绝作用提高了负极的抗腐蚀能力，同时银的良好导电性也能大幅降低电池的阻抗和极化，以此解决了锌负极中枝晶生长以及腐蚀问题并提高了电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于锌离子电池技术领域，更具体地，涉及一种水系锌离子电池负极、制备方法及电池。

背景技术

在传统化石能源逐渐枯竭的当代，寻求清洁能源作为传统能源的替代是大势所趋，而当前主要使用的可再生能源如风能和太阳能在发电过程中均具有时间上的不均匀性，因此一种合适的大规模储能设备成为了当前清洁能源替代化石能源的关键一步。其中，电池设备一直以来都被认为是最为合适的大规模储能系统，而水系锌离子电池以其低成本，高安全性，环境友好、并且具有较高的能量密度等优点，被视为大规模储能电池的优质选择。但当前水系锌离子电池的实际应用依然面临着严重的问题，即锌枝晶的生长对电化学性能的影响，以及其对隔膜的刺穿和腐蚀、产气等副反应所造成的电池安全问题。

当前针对锌枝晶生长的抑制方法主要有从负极方面着手的界面改性和结构化改性以及从电解液方面着手的改性添加剂和固态、准固态电解质等，其中对于负极的界面改性成本低，工艺简单，并且污染较低，吸引了研究者们的广泛注意。太原理工大学梁伟研究团队(Adv.Energy Mater.2018,8,1801090.)公开了一种多孔纳米碳酸钙涂层，通过诱导锌离子的选择性沉积一定程度上实现了锌枝晶的抑制；中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究团队(Energy Environ.Sci.2019,12,1938.)公开了一种聚酰胺涂层，有效隔绝了水分子与锌负极的副反应；复旦大学夏永姚研究团队(Joule 2019,3,1289.)公开了一种金属有机框架材料涂层，在锌负极表面构造人工固体电解质界面膜实现了抑制枝晶生长的作用，尽管上述研究在一定程度上缓解了锌离子电池中所存在的枝晶生长问题，但是无论是无机盐涂层还是有机人工固体电解质隔膜，都一定程度上会由于界面的导电性，增加阻抗和极化，因此会部分损害到电池的整体电性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水系锌离子电池负极、制备方法及电池，其目的在于通过选取银纳米线作为锌片基底的有效涂层，并利用其自发的合金化反应形成AgZn₃合金层，抑制锌枝晶生长，又能隔绝电解液接触，防止了电解液对锌金属的直接腐蚀，还能降低电池的阻抗和极化，提高全电池的整体电性能，以此不仅解决了锌负极中枝晶生长和腐蚀等副反应的问题，还不会影响到电池的整体电性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水系锌离子电池负极的制备方法，所述方法包括下列步骤：

(1)将银纳米线悬浊液滴加电池负极基底上，所述基底为锌片；

(2)将滴加有银纳米线悬浊液的基底烘干，得到所述水系锌离子电池负极；其中，所述电池负极上的银纳米线和锌片基底在电化学循环过程中发生合金化反应形成以银纳米线为三维基体的AgZn₃合金层。

此处，需要说明的是，本发明中的银纳米线悬浊液可以为在滴加前利用现有技术中任何一种可行的方式制备得到的，也可以是直接通过购买得到。

优选地，所述银纳米线悬浊液中银纳米线的直径和长度分别为100～150nm和50～80μm；

优选地，所述银纳米线悬浊液中溶剂为水，所述银纳米线悬浊液的浓度为1.8～2.2g/L。