[发明专利]一种抑制锌离子电池中锌枝晶生长的方法

说明书

本发明涉及一种制备具有超快自修复性能的电解质构筑电解质/锌负极动态自适应界面来抑制锌电池中枝晶生长的方法。本发明将一定量的瓜尔胶完全溶解到锌盐溶液中，形成均匀的胶体。随后，将丙三醇添加到上述制备的胶体中形成二元溶剂体系。最后，加入中性有机硼交联剂并使其固化，获得具有超快自修复性能的凝胶。将该凝胶用于准固态电池中的电解质，可以构筑动态连续的电解质/锌负极界面，抑制枝晶生长，极大的提高了锌电池的使用寿命。该方法价格低廉，工艺简单，安全环保，具有大规模应用的潜力。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，具体涉及一种抑制锌离子电池中锌枝晶生长的方法。

背景技术

当今社会的快速发展刺激了对于柔性和可穿戴设备的需求，主要包括便携式电子产品和智能可穿戴系统。在过去的几年里，人们致力于制造高性能的柔性锂离子电池。然而，尽管锂离子电池提供了较高的能量和功率密度，但安全问题和锂金属资源的限制使其实际应用面临巨大障碍。事实上，安全和无毒是可穿戴储能设备至关重要的前提条件。在这种情况下，一种替代策略，锌离子电池由于其固有的安全性、易于制造、且具有低的成本等性能引起了极大的关注。然而，水系锌离子电池长期以来受到严重的锌枝晶影响以及水系电解液中的副反应，最终会增加界面阻抗，引起电池短路等一系列问题，从而影响锌基电池的循环性能和使用寿命等性能。

科研工作者通过构筑三维聚合物电解质，包括抗老化凝胶，离子限域凝胶以及人工界面层，并被证明可有效抑制电解质与锌负极之间的界面副反应。然而，在准固态电池构筑中，固-固界面接触是急需攻克的难题。1)在充放电过程中，枝晶的动态生长与溶解，使得静态的电解质界面与动态的锌负极界面之间不能保持紧密的连接，出现微空隙，从而导致界面接触不良，降低电池的倍率能力。2)大多数水凝胶在干燥条件下往往会严重失水，这对于水凝胶的实际应用来说是一个致命的缺陷。因此，构建动态且强大的界面接触以及具有可靠的保水能力的水凝胶至关重要，这是高效准固态锌离子电池界面策略的关键原则。

在此，通过对天然高分子进行交联，再通过引入第二层网络结构，最终得到了具有超快自修复和优异的保水性能的水凝胶。

发明内容

本发明的目的在于解决准固态锌离子电池中不连续的固-固界面问题及其引发的严重的锌枝晶生长，提出一种抑制锌离子电池中锌枝晶生长的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种抑制锌离子电池中锌枝晶生长的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将一定量的瓜尔胶完全溶解到锌盐溶液中，形成均匀的胶体；

2)将适量的甘油添加到上述制备的胶体中以形成二元溶剂系统；

3)加入中性有机硼交联剂并使其固化，获得自修复和自适应的准固态电解质；

4)将锌阳极、阴极材料和自适应的准固态电解质组装成无枝晶生长的准固态锌离子电池。

按上述方案，步骤1)中瓜尔胶与锌盐溶液的质量比为1％-6％。

按上述方案，步骤1)中锌盐溶液为硫酸锌，三氟甲烷磺酸锌和氯化锌中的任意一种。

按上述方案，步骤2)中甘油：锌盐溶液体积比为0.15％-2％。

按上述方案，步骤4)中阴极材料为聚吡咯、聚苯胺、钒氧化物、普鲁士蓝和锰氧化物中的任意一种。

本发明制备得到一种具有超快自修复性能的电解质，动态适应锌负极的收缩与膨胀，构筑自适应界面，抑制锌枝晶的生长，在一定的电流密度下情况下，进行对称电池的充放电循环实验，750次循环后，锌表面沉积均匀，无枝晶生长，且电解质与负极界面保持紧密的连接。