[發(fā)明專利]金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010778657.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-05
• 公開（公告）號(hào): CN111926313B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮金奎;田園;安永靈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C18/52
• 分類號(hào): C23C18/52;C23C18/42;C23C18/38;H01M4/42;H01M10/36
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提供了一種金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。該復(fù)合材料的制備包括配置金屬鹽溶液作為沉積液，再將金屬鋅箔置于沉積液中，通過原位化學(xué)沉積，即得。親鋅晶核體積更小，在鋅箔表面能夠均勻的覆蓋薄薄的晶核，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不僅能夠有效抑制鋅枝晶，而且，由于覆蓋在鋅箔表面的晶核厚度較薄，能夠有效保證鋅電極反應(yīng)表面積維持在較大程度，從而避免修飾對(duì)鋅負(fù)極材料造成負(fù)面影響，極大地提高了電池的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，具體為水系鋅電池領(lǐng)域，更具體地，涉及一種金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

金屬鋅作為可充放電水系鋅基電池的常用負(fù)極材料，其具有較高的理論比容量(820mAh g-1)、延展性好、成本低、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，使得水系可充放電的鋅基電池具有極大的發(fā)展?jié)摿τ米魑磥淼男履茉创鎯?chǔ)體系。

但是，金屬鋅在充放電過程中，經(jīng)歷多次重復(fù)的電鍍/剝離過程之后，金屬鋅表面會(huì)因其尖端效應(yīng)，產(chǎn)生不可控的枝晶生長，尖銳的鋅枝晶在電池循環(huán)過程中可能會(huì)刺穿隔膜導(dǎo)致電池短路，容量降低，并降低循環(huán)周期和庫倫效率，嚴(yán)重影響電池性能，制約電池的發(fā)展。

現(xiàn)有的抑制鋅電極枝晶生長的方法，例如，將金屬添加劑鎵、銦、錫等涂覆到電池隔膜上，在充放電過程中添加劑會(huì)緩慢溶解并沉積到金屬鋅負(fù)極表面，抑制枝晶的生長；將鋅負(fù)極添加無機(jī)金屬添加劑，氧化亞錫、氧化鉍、氧化鋁、氧化銦和氧化鈰，在充電過程中優(yōu)先還原為金屬態(tài)，與充電態(tài)的金屬鋅形成鋅-銦、鋅-鉍、鋅-鈰、鋅-錫合金，從而提高鋅負(fù)極的性能；通過電化學(xué)沉積的方式采用金屬直接包覆鋅，也能夠抑制枝晶的生長。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這些傳統(tǒng)的方法雖然能夠在一定程度抑制枝晶的生長，但是，傳統(tǒng)方法無法有效控制金屬沉積在鋅基底上的形貌，且很難實(shí)現(xiàn)金屬在鋅基底上的均勻分布，同時(shí)，由于鋅負(fù)極被金屬包覆或者在鋅負(fù)極表面覆蓋大量的金屬，將會(huì)影響鋅的正常溶解，使鋅電極反應(yīng)表面積減少，容易造成較大的電極極化，降低電池的循環(huán)性能。此外，傳統(tǒng)的金屬添加劑只能小規(guī)模制備，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備，目前，既能夠用于抑制鋅枝晶的生長，又能夠避免在抑制枝晶過程產(chǎn)生其他負(fù)面影響的方法仍然有限，尋求有效抑制鋅枝晶的材料和方法非常有必要。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本公開的目的是提供一種金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合材料是利用置換反應(yīng)對(duì)金屬鋅箔表面進(jìn)行改性，在金屬鋅箔表面上原位化學(xué)沉積上可以抑制鋅枝晶的晶核，如金屬銻、錫、鉍、鎵、銦、銀、銅、金等，得到的改性鋅箔復(fù)合材料不僅能有效抑制鋅枝晶，而且，不會(huì)減小鋅電極反應(yīng)表面積，該材料的電化學(xué)性能得到極大提高，此外，該制備方法簡單易操作，可以降低生產(chǎn)成本。

具體地，本公開的技術(shù)方案如下所述：

在本公開的第一方面，本公開提供了一種金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：配置金屬鹽溶液作為沉積液，再將金屬鋅箔置于沉積液中，基于置換反應(yīng)在鋅箔表面原位化學(xué)沉積均勻的親鋅晶核，即得金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料。

在本公開的第二方面，本公開提供了一種金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料，采用上述所述的一種金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料的制備方法制備而成。

在本公開的第三方面，本公開提供了一種水系鋅基電池，所述水系鋅基電池包括金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料，該復(fù)合材料作為水系鋅基電池的負(fù)極。

在本公開的第四方面，本公開提供了一種金屬鋅箔與親鋅晶核的復(fù)合材料在可充放電水系鋅基電池中的應(yīng)用。

本公開中的一個(gè)技術(shù)方案具有如下有益效果：