[发明专利]一种可抑制枝晶生长的水系锌离子电池负极材料的制备及应用

说明书

本发明属于电化学储能器件技术领域，具体涉及一种可抑制枝晶生长的水系锌离子电池负极材料的制备及应用，包括如下步骤：将硝酸锌、亚硒酸钠依次加入去离子水中，搅拌后加入水合联氨，获得混合溶液；混合溶液进行水热反应，产物经洗涤、离心、真空干燥，获得ZnSe粉末；将ZnSe粉末、聚偏二氟乙烯加入到有机溶剂中，室温搅拌获得锌阳极改性浆料；将锌阳极改性浆料涂覆在锌箔上，真空干燥，获得ZnSe@Zn极片。本发明通过在金属锌电极上表面涂覆改性浆料形成一定厚度的保护涂层，修饰后的阳极表面增大了比表面积，均匀电场分布，诱导锌离子重新分布以实现均匀化，该涂层有效解决锌阳极在充放电过程中易腐蚀和枝晶生长等问题，显著提高电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于电化学储能器件技术领域，具体涉及一种可抑制枝晶生长的水系锌离子电池负极材料的制备及应用。

背景技术

风能、太阳能等清洁能源由于地域性差异较大，严重限制了其发展。因此，开发出理想的大型储能系统迫在眉睫。

锂离子电池自商业化发展以来，由于其能量密度高，循环寿命长在电池应用中占据主导地位。然而，锂离子电池使用的是有毒、易燃的有机电解质，存在巨大的安全隐患，人们急需寻找其替代品。近年来提出的水系锌离子电池(ZIBs)因其低成本、环境友好和安全性高等优点备受学者的关注。

锌作为一种两性金属，化学性质较为活泼，在酸性和碱性环境下都会发生化学反应。即使是在温和的水系中性电解液中，也会发生枝晶生长和“死锌”的问题。锌枝晶的生长不仅会刺穿隔膜导致电池短路，而且导致负极利用率和库伦效率低。此外，由于枝晶与金属之间的附着力较差，很容易从锌负极表面脱落形成“死锌”，降低电池容量。

因此，为了提高电池的可逆性，研究者提出了许多新的方法来抑制枝晶生长、析氢和腐蚀等问题，以获得更稳定更高效的锌负极，其中主要包括界面改性、结构设计、电解质改性等方法，但是，枝晶生长仍然是水系锌离子电池急需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种可抑制枝晶生长的水系锌离子电池负极材料的制备及应用，通过在锌阳极表面构建一种特殊的人工界面层，能够有效抑制枝晶生长，降低极化，提高电极稳定性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明提供一种可抑制枝晶生长的水系锌离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将硝酸锌、亚硒酸钠按摩尔比为1:1～4依次加入去离子水中，在室温下搅拌均匀；按4～20ml水合联氨/1mol硝酸锌的配比加入水合联氨，再次搅拌均匀，获得混合溶液；

2)将得到的混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬中，然后将聚四氟乙烯内衬放入不锈钢高压釜中进行水热反应；

3)将水热反应得到的沉淀用去离子水进行洗涤，并离心，再次取沉淀物进行真空干燥，获得ZnSe粉末；

4)将ZnSe粉末、聚偏二氟乙烯按质量比为8～10:1加入到有机溶剂中，室温搅拌获得锌阳极改性浆料；

5)将得到的锌阳极改性浆料涂覆在锌箔上，真空干燥，获得ZnSe@Zn极片。

进一步地，如上所述可抑制枝晶生长的水系锌离子电池负极材料的制备方法，步骤1)中，两次搅拌的速度控制在400～500r/min。

进一步地，如上所述可抑制枝晶生长的水系锌离子电池负极材料的制备方法，步骤2)中，水热反应的反应温度控制在160～200℃，反应时间控制在20～25h。

进一步地，如上所述可抑制枝晶生长的水系锌离子电池负极材料的制备方法，步骤3)中，真空干燥的干燥温度控制在60～80℃，干燥时间控制在10～15h。