[发明专利]一种晶体定向重构锌负极及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种晶体定向重构锌负极及其制备方法与应用；所述晶体定向重构锌负极的制备方法包括如下步骤：(1)将活性物质或者活性物质的前驱体、溶剂、高分子聚合物混合均匀得到静电纺丝溶液，通过静电纺丝法制备自支撑电极；(2)烘干步骤(1)得到的自支撑电极，之后采用柔性基底将自支撑电极上下贴合，在施加压力条件下进行烧结；(3)将步骤(2)烧结后的自支撑电极使用电沉积法沉积锌。本发明的锌负极晶体定向重构方法所制备的锌负极结构可控，易于实现多种活性物质与自支撑电极的原位复合及电极应力释放，可促进锌晶体沿特定晶面的定向重构，有利于提升锌负极的循环寿命，提升锌基电池的电化学性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于锌电池技术领域，具体涉及一种晶体定向重构锌负极及其制备方法与应用。

背景技术

锌基电池由于锌金属储量高、成本低、无毒、易加工以及高能量密度(5855mAh cm^-3)、水系电解液中高稳定性和化学相容性、两电子氧化还原特性和较高的负极容量(820mAhg^-1)成为下一代储能电池的首选。然而锌负极在反应过程中由于成核不均匀、生长方式不可控、界面离子通量不统一等原因导致枝晶、腐蚀、钝化、变形等问题，严重制约了锌基电池大规模应用。

锌的结晶取向决定锌沉积过程中形貌和结构，通过锌晶体取向调控可以有效提升表面平整度和镀层致密性以提升循环寿命。压延锌金属箔负极晶体结构以(101)晶面取向为主，在电化学反应中存在较大的极化，容易引起枝晶生长，而锌晶体沿(002)晶面沉积时可以形成均匀的电场，促进锌外延生长形成相对平滑的表面，获得理想的锌负极结构。

沉积基底的应力分布以及表面高晶格匹配决定锌晶体沉积方向。然而现有的晶向调控技术方法存在很大局限性，不能同步调控活性物质和基底应力，不适合大规模推广应用，且只能暂时缓解晶体取向，不能从根本上解决晶体重构问题(Li,X.et al.ACS Nano2021,15,9,14631–14642)。

因此迫切需要开发一种能够实现锌晶体沿特定晶面定向重构的方法来制造性能优越的锌负极，并推动其在二次锌基电池中的大规模应用。

发明内容

针对现有技术中基底与活性物质结合不紧密、基底残余应力过大、晶体定向排布方法不完善的问题，本发明提出一种晶体定向重构锌负极及其制备方法与应用；本发明通过高晶格匹配活性物质与自支撑电极一体化制造方法及电极应力释放的方法，通过电沉积实现锌负极晶体定向重构，使锌晶体沿特定晶面定向排布以获得平滑的表面结构，提升锌负极性能并拓宽在二次锌基电池中的应用。

本发明采用静电纺丝法制造高晶格匹配活性物质原位复合的自支撑电极，通过柔性基底应力传递实现电极应力释放，采用电沉积方法实现锌晶体定向重构，使锌晶体沿特定晶面定向生长以获得平滑的表面结构，提升锌负极性能并推动其在二次锌基电池中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种晶体定向重构锌负极的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用静电纺丝法制造高晶格匹配活性物质原位复合的自支撑电极，具体包括：将活性物质或者活性物质的前驱体、溶剂、高分子聚合物混合均匀得到静电纺丝溶液，通过静电纺丝法制备自支撑电极；

(2)提供一种自支撑电极应力预释放方法，具体包括：烘干步骤(1)得到的自支撑电极，之后采用柔性基底将自支撑电极上下贴合，在施加压力条件下进行烧结；

(3)将步骤(2)烧结后的自支撑电极使用电沉积法沉积锌，得到晶体定向重构锌负极。

优选的，步骤(1)所述活性物质晶胞类型为六方晶系，其中晶胞中副轴方向大小为