[发明专利]一种超强(002)晶面织构锌金属负极的制备方法

说明书

本发明公开了一种超强(002)晶面织构锌金属负极的制备方法。本发明采用退火处理工艺和辊压工艺相结合制备得到具有超强(002)晶面织构锌金属，且制备得到的锌片(002)晶面织构强度大于30。本发明提出的制备方法工艺简单、成本低，与现有技术相比，能实现规模化工业生产。本发明制备得到的锌片用于水系锌离子电池中表现出优异的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锌金属负极的制备方法，特别涉及一种超强(002)晶面织构锌金属负极的制备方法。

背景技术

水系锌离子电池(ZIBs)因锌金属负极具有高的理论容量与体积容量、较低的氧化还原电势、安全性以及锌金属储量丰富价格低廉等优势，被认为是极具潜力的下一代储能电池。但是锌金属负极存在锌枝晶生长和副反应严重等问题，严重制约着水系锌离子电池的发展与工业化应用。

研究表明，锌离子的均匀沉积与锌负极不同晶面的取向密切相关，如以(100)、(101)晶面为主导的锌金属负极表面锌沉积不均匀，最终会形成锌枝晶刺穿隔膜导致电池失效。但以(002)晶面为主导的沉积将会沿与基体平行的方向均匀沉积，这将抑制锌枝晶的形成，可有效提升锌离子电池的性能。

目前调整锌晶面取向以获得无枝晶的锌负极的方法主要有：通过电沉积的方法在石墨烯薄膜表面外延沉积具有(002)晶面织构的锌；将纤维素与氧化石墨烯混合通过溶液浇铸法制成隔膜，在锌离子的沉积过程中诱导锌离子优先以(002)晶面沉积；用磷酸刻蚀锌箔使(002)晶面暴露强度提升；采用磺酸盐电解液，利用磺酸根阴离子与锌离子间的强相互作用在基底上诱导沉积(002)晶面织构的锌；利用金属塑性变形通过持续的辊压可以增强(002)晶面织构等。但上述方法大都处于实验室阶段，比如电沉积方法与热处理手段工艺复杂、塑性变形受制于初始晶粒大小，若晶粒太小则会阻碍晶粒滑移，晶粒太大锌箔变脆轧制过程碎裂；石墨烯合成危险且价格昂贵、磺酸盐电解液成本高等，因此无法商业化应用或工业化生产，最重要的是以上方法获得的锌金属中(101)、(102)、(110)等晶面依旧很强，不利于锌均匀沉积。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种超强(002)晶面织构锌金属负极的制备方法。本发明将退火处理工艺与辊压工艺相结合，通过对锌金属进行晶粒优化、辊压轧制塑性变形处理，获得具有(002)晶面高强度暴露的锌片。本发明制备工艺简单、成本低，能规模化工业生产。将本发明制备得到的锌片用作水系锌离子电池负极，能有效抑制负极表面副反应，且能在锌离子沉积过程中有效抑制锌枝晶生长，进而展现出优异的循环稳定性。

本发明提出的一种超强(002)晶面织构锌金属负极的制备方法通过以下技术方案予以实现。

本发明提出一种超强(002)晶面织构锌金属负极的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将锌片放入高温炉中，在惰性气氛下进行退火处理；退火温度为200-400℃；退火时间为5-20h；冷却后取出；

步骤(2)：将步骤(1)退火处理后的锌片进行辊压轧制处理，使其晶粒沿(002)滑移面滑移，使得锌片变形率大于100％，获得具有(002)晶面高强度暴露的锌片。

为实现本发明的目的，本发明提出了一种超强(002)晶面织构锌金属负极的制备方法的优选方案。

作为本发明的一个优选方案，步骤(1)退火处理后的锌片的晶粒平均尺寸为29-32μm。

作为本发明的一个优选方案，步骤(1)退火处理后的锌片的晶粒平均尺寸约为30μm。

作为本发明的一个优选方案，步骤(1)退火温度为250-350℃；退火时间为10-12h。

作为本发明的一个优选方案，步骤(1)退火处理的升温速率为1-20℃/min。

作为本发明的一个优选方案，步骤(1)所述的锌片为锌箔，优选高纯锌箔，纯度＞99.9％。