[發明專利]一種抑制鋅枝晶的材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810459230.2
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108767215B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 蔣凱;李威;王康麗;程時杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/42;H01M4/62;H01M10/36
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明公開了一種抑制鋅枝晶的材料及其制備方法與應用，該材料為鋅基材料和碳單質材料的復合材料，所述鋅基材料呈粉末狀或者呈板狀或片狀，所述碳單質材料包覆在該鋅基材料粉末顆粒的表面或附著在鋅基材料板材或片材的表面上。本發明通過對金屬鋅單質材料進行改性，在鋅板表面涂覆碳層，或者在鋅粉粉末顆粒的周圍包覆碳層，得到的復合材料能有效抑制鋅枝晶的生長，尤其可作為負極材料應用于水系鋅基電池，發揮其抑制鋅枝晶生長的性能。

技術領域

本發明屬于水系鋅基電池領域，更具體地，涉及一種抑制鋅枝晶生長的材料及其制備方法與應用。

背景技術

金屬鋅(Zn)由于具有成本低廉、導電性好、性質穩定、安全無毒、高析氫過電位和高理論容量(819mAh g^-1)的優點，廣泛用于水系鋅基電池負極材料。然而，在長期的溶解-沉積過程中，鋅表面形貌發生變化，容易形成枝晶，刺穿電池隔膜而引起電池的短路，從而降低電池的循環壽命。因此，開發有效的方法和技術來抑制鋅枝晶的生長是水系鋅基電池實用化的關鍵。目前所報道的方法，例如設計三維泡沫狀的鋅，在抑制鋅枝晶的方面有一定效果。然而這種制備方法，不僅工藝繁瑣而且成本較高，很難規模化生產，因此開發更加實用和有效的方法仍是一項挑戰。

發明內容

針對現有技術抑制鋅枝晶方法的成本偏高、工藝復雜的問題，本發明的目的在于提供一種抑制鋅枝晶的材料及其制備方法與應用，通過對金屬鋅單質材料進行改性(鋅可以是板材或者粉末)，在鋅板表面涂覆碳層，或者在鋅粉粉末顆粒的周圍包覆碳層，得到的復合材料能有效抑制鋅枝晶的生長，尤其可作為負極材料應用于水系鋅基電池，發揮其抑制鋅枝晶生長的性能。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種抑制鋅枝晶的材料，其特征在于，該材料為鋅基材料和碳單質材料的復合材料，所述鋅基材料呈粉末狀或者呈板狀或片狀，所述碳單質材料包覆在該鋅基材料粉末顆粒的表面或附著在鋅基材料板材或片材的表面上。

作為本發明的進一步優選，所述鋅基材料為鋅單質材料或鋅合金材料；

所述碳單質材料具體為活性炭、乙炔黑、科琴黑、超磷碳或其他有機物衍生碳中的一種或幾種；所述碳單質材料其粉末顆粒大小為0.1到3μm之間，比表面積大于500㎡/g；

優選的，該復合材料中所述碳單質材料的含量不大于50wt％。

作為本發明的進一步優選，所述碳單質材料是以碳層的形式附著在鋅基材料板材或片材的表面上，該碳層的面密度為5mg/cm²到15mg/cm²之間，厚度在50-150μm之間；

優選的，所述碳單質材料是通過涂覆、原位沉積或濺射附著在鋅基材料板材或片材的表面上的。

按照本發明的另一方面，本發明提供了制備上述抑制鋅枝晶材料的方法，其特征在于，鋅基材料呈粉末狀，該方法是將碳單質材料粉末與粘結劑和鋅粉混合均勻后搟成薄膜，接著將該薄膜在60-200℃的溫度下真空保溫干燥，冷卻后即可得到抑制鋅枝晶材料。

作為本發明的進一步優選，所述薄膜是在基板上搟制成的，所述基板包括金屬鋅板、鋁板、不銹鋼板、鎳板、鈦板，具體是將碳單質材料粉末與粘結劑和鋅粉混合均勻后涂覆在所述基板上然后搟成薄膜的。

作為本發明的進一步優選，所述碳單質材料粉末的粒徑為0.1到3μm之間，所述鋅粉的粒徑為0.1到1μm之間，所述碳單質材料粉末、所述粘結劑、所述鋅粉三者的質量比為1：2：7。

按照本發明的又一方面，本發明提供了制備上述抑制鋅枝晶材料的方法，其特征在于，鋅基材料呈板狀或片狀，該方法是將碳單質材料與粘結劑和有機溶劑混合后形成漿料，然后將該漿料均勻涂覆在鋅基材料板材或片材的表面上，接著在60-200℃的溫度下真空保溫干燥，冷卻后即可得到抑制鋅枝晶材料。