[發明專利]一種金屬鋅負極及其制備方法和水系鋅離子電池

在審

• 申請號: 202011502235.2
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112490396A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 魏英進;楊賀捷;趙海南;陳崗
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/42;H01M10/36;H01M10/42
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉瀟

本發明提供了一種金屬鋅負極及其制備方法和水系鋅離子電池，屬于電極材料技術領域。本發明提供的金屬鋅負極包括金屬鋅片和包覆在所述金屬鋅片表面的改性聚丙烯腈涂層，所述改性聚丙烯腈涂層中改性聚丙烯腈由聚丙烯腈經預氧化處理得到，所述預氧化處理的溫度為150～500℃。本發明將聚丙烯腈在150～500℃條件下進行預氧化處理，所得改性聚丙烯腈的表面具有豐富的極性鍵，如N?H鍵，這些極性鍵能引導鋅離子均勻沉積從而抑制枝晶生長，基于所述改性聚丙烯腈形成的有機涂層，能夠保護鋅負極不受電解液腐蝕。

技術領域

本發明涉及電極材料技術領域，尤其涉及一種金屬鋅負極及其制備方法和水系鋅離子電池。

背景技術

在儲能領域，鋰離子電池是目前技術最成熟、實際應用最多的電池體系，但是由于其儲量有限、價格昂貴、安全性能差等缺陷，研究可以替代鋰離子電池的電池體系成為了必然趨勢。水系鋅離子電池因具有安全經濟、無毒、高離子導電率、較高的氧化還原電位(-0.763Vv.s.標準氫電極)和理論容量(820mAh·g^-1和5854mAh·cm^-3)的絕對優勢而成為下一代儲能電池的有利競選者。但是金屬鋅負極由于枝晶生長嚴重以及腐蝕鈍化導致電池循環性能差、庫倫效率低的問題，限制了水系鋅離子電池的進一步發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬鋅負極及其制備方法和水系鋅離子電池，本發明提供的金屬鋅負極可以解決金屬鋅枝晶生長以及腐蝕問題，能夠提高水系鋅離子電池的循環性能以及庫倫效率。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種金屬鋅負極，包括金屬鋅片和包覆在所述金屬鋅片表面的改性聚丙烯腈涂層；所述改性聚丙烯腈涂層中改性聚丙烯腈由聚丙烯腈經預氧化處理得到，所述預氧化處理的溫度為150～500℃。

優選地，所述預氧化處理在空氣氛圍中進行。

優選地，升溫至所述預氧化處理的溫度的升溫速率為1.8～2.2℃/min。

優選地，以升溫至預氧化處理的溫度開始計，所述預氧化處理的保溫時間為25～35min。

優選地，所述改性聚丙烯腈的平均粒度為140～160μm。

優選地，所述改性聚丙烯腈涂層由漿料形成，所述漿料包括改性聚丙烯腈、聚偏氟乙烯和有機溶劑，所述漿料中改性聚丙烯腈和聚偏氟乙烯的質量比為7：1，所述漿料中有機溶劑的含量為45～50wt％。

優選地，所述改性聚丙烯腈涂層的厚度為20～30μm。

本發明提供了上述技術方案所述金屬鋅負極的制備方法，包括以下步驟：

在金屬鋅片的表面制備改性聚丙烯腈涂層，得到金屬鋅負極。

本發明提供了一種水系鋅離子電池，以上述技術方案所述金屬鋅負極或上述技術方案所述制備方法制備得到的金屬鋅負極為負極。

優選地，所述水系鋅離子電池的電解液為ZnSO₄水溶液，所述電解液中ZnSO₄的濃度為2mol/L。

本發明提供了一種金屬鋅負極，包括金屬鋅片和包覆在所述金屬鋅片表面的改性聚丙烯腈涂層，所述改性聚丙烯腈涂層中改性聚丙烯腈由聚丙烯腈經預氧化處理得到，所述預氧化處理的溫度為150～500℃。本發明將聚丙烯腈在150～500℃條件下進行預氧化處理，所得改性聚丙烯腈的表面具有豐富的極性鍵，如N-H鍵，這些極性鍵能引導鋅離子均勻沉積從而抑制枝晶生長，基于所述改性聚丙烯腈形成的有機涂層，能夠保護鋅負極不受電解液腐蝕。

附圖說明

圖1為基于實施例1以及對比例1中鋅電極片的電池的循環性能圖；