[发明专利]一种无枝晶锌阳极的制备方法

说明书

本发明公开了一种无枝晶锌阳极的制备方法，包括以下步骤：将纯锌箔平放在细菌纤维素悬浮液的表面上，以诱导纳米细菌纤维素的完全自组装，然后将处理过的锌箔在空气中干燥12h，使纳米细菌纤维素在锌箔表面形成三维交织的离子筛涂层，从而得到所述无枝晶锌阳极。首先，通过简单的原位聚合方法将价格极其低廉的IS涂层制备到锌箔表面，中间不涉及昂贵的原材料及复杂的制备工艺，从而使此方法能够与现有的电池生产技术相匹配，极大节约了生产成本；其次，IS涂层的引入可以明显降低锌箔在充放电过程中的氢气析出能力，从而抑制锌片腐蚀钝化，增强其能量转换效率，使得实际应用过程中相对有限的锌片能够持续工作更长的时间，经济效益较为明显。

技术领域

本发明涉及锌离子电池储能技术领域，具体涉及一种无枝晶锌阳极的制备方法。

背景技术

近年来，人类社会进入了高速发展时期，相应地，各种电子产业技术也迎来了蓬勃发展，其更新换代的速度更是达到了前所未有的水平。然而，目前的储能领域发展依旧停滞不前，没有跟上时代发展的步伐。尽管锂离子电池在日常电动产品中的应用成为了主流，但是其高成本以及具有潜在风险的易燃易爆性质仍是蒙在人们心中的一层阴影。所以目前迫切需要发展一种低成本，高安全性的电池来满足日益发展壮大的电子产品的应用需求。在各种金属阳极中，金属锌具备较大的理论容量，低平衡电位，高地壳含量和无毒等性质，被大量的科研工作者认为是新兴储能领域的宠儿。同时，相对于易燃易爆的锂离子电池，其兼具高安全性和能量密度于一身的可充电水系锌金属电池为我们提供了一种更优质的选择，以满足蓬勃发展的可穿戴电子产品的应用需求。然而，金属锌阳极在重复电镀/剥离过程中不可控的枝晶生长、腐蚀和钝化极大地限制了锌金属电池的能源转化效率和实用性。因此，努力探索解决这些问题的可行策略，从而使水系锌金属电池更接近于实际应用。目前，电解质采用高浓盐溶液以降低游离水的含量从而抑制锌金属阳极枝晶生长以及腐蚀钝化的策略与实际生产轨道最为契合。然而，应用高浓盐而产生的高成本以及环境污染问题已经超出了其实际生产效益从而并不为人们所采纳。此外，精心设计的电极结构和电池配置所带来的积极效果通常涉及复杂的制造方法或其他电池组件的重构，这不可避免地导致成本效益低、可扩展性差以及对现有电池生产工艺的适应性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无枝晶锌阳极的制备方法，其成本低廉、工艺简单可扩展。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无枝晶锌阳极的制备方法，包括以下步骤：将纯锌箔平放在细菌纤维素悬浮液的表面上，以诱导纳米细菌纤维素的完全自组装，然后将处理过的锌箔在空气中干燥12h，使纳米细菌纤维素在锌箔表面形成三维交织的离子筛涂层，从而得到所述无枝晶锌阳极。

优选地，所述步骤(1)中，纯锌箔的厚度为0.1mm。

优选地，所述步骤(1)中，细菌纤维素悬浮液的浓度为2mg/ml。

优选地，所述步骤(1)中，纯锌箔平放于细菌纤维素悬浮液液面的时间为20min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过简单的原位聚合方法将价格极其低廉的IS涂层(0.26mg/cm²,$5.2×10^-8cm^-2)制备到锌箔表面，中间不涉及昂贵的原材料及复杂的制备工艺，从而使此方法能够与现有的电池生产技术相匹配，极大节约了生产成本。

(2)IS涂层(即离子筛涂层)的引入可以明显降低锌箔在充放电过程中的氢气析出能力，从而抑制锌片腐蚀钝化，增强其能量转换效率，使得实际应用过程中相对有限的锌片能够持续工作更长的时间，经济效益较为明显。