[發(fā)明專利]一種鋅二次電池的負(fù)極極片及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011525647.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112635698B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 穆延璐;葛廣路;李德興;周天易
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): H01M4/02
• 分類號(hào): H01M4/02;H01M4/62;H01M4/04;H01M10/36
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種鋅二次電池的負(fù)極極片及其制備方法和用途。所述負(fù)極極片包括含鋅金屬的基片以及位于所述基片表面的復(fù)合保護(hù)層；所述復(fù)合保護(hù)層包括金屬納米顆粒和氟化鋅。本發(fā)明通過(guò)原位化學(xué)置換的方法，能夠有效地在鋅金屬負(fù)極表面形成穩(wěn)定的由金屬納米顆粒嵌入氟化鋅涂層組成的復(fù)合保護(hù)層，同時(shí)能夠提供豐富的供鋅均勻沉積的成核位點(diǎn)，使鋅的沉積更加均勻致密，可有效抑制鋅二次電池在充放電循環(huán)中電解液造成的腐蝕和鋅枝晶的生長(zhǎng)，從而起到大大提高鋅二次電池循環(huán)性能和安全性的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋅二次電池的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋅二次電池的負(fù)極極片及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

從以傳統(tǒng)化石能源為主快速向低碳能源轉(zhuǎn)變是國(guó)家能源格局的重大轉(zhuǎn)變。為了進(jìn)一步提高能量存儲(chǔ)的靈活性、經(jīng)濟(jì)型和安全性，滿足社會(huì)的快速發(fā)展，發(fā)展新型大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是當(dāng)代科學(xué)家們所面臨的首要任務(wù)。因此，開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境友好、無(wú)害，且具有高能量密度的儲(chǔ)能系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)國(guó)家綠色能源戰(zhàn)略的當(dāng)務(wù)之急。最近，水系鋅離子電池(ZIB)作為最有利的候選者得到了極大的關(guān)注，由于鋅陽(yáng)極的氧化還原電勢(shì)低，理論容量高且在水中具有出色的穩(wěn)定性。同時(shí)，金屬鋅具有資源豐富、低毒性以及易處理等優(yōu)點(diǎn)。因此價(jià)格低廉、安全性高、無(wú)環(huán)境污染和高功率的ZIB是理想的綠色電池體系。

鋅電池作為最古老的電池之一，與使用可燃有機(jī)電解質(zhì)的鋅離子電池(LIB)相比，鋅電池作為含水電解質(zhì)中的可持續(xù)電化學(xué)系統(tǒng)極大地解決了安全性的問(wèn)題。最近，可再充電鋅二次電池作為一種安全、環(huán)保的電化學(xué)系統(tǒng)而得到了復(fù)興。幾十年來(lái)，人們已經(jīng)對(duì)鋅離子電池進(jìn)行了大量的研究，包括氧化釩，氧化錳，普魯士藍(lán)類似物和有機(jī)材料等的極材料的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟。相反，關(guān)于陽(yáng)極的研究迫切需要發(fā)展。在水性鋅離子二次電池中，金屬鋅來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，氧化還原電勢(shì)低(相對(duì)于SHE為-0.76V)和理論容量較高(820mAhg^-1)，而成為了陽(yáng)極的優(yōu)秀候選者。盡管具有這些優(yōu)點(diǎn)，但鋅金屬陽(yáng)極仍然存在不均勻的金屬陽(yáng)離子沉積進(jìn)而可能會(huì)導(dǎo)致枝晶形成。此外，電解液在其表面上造成的腐蝕與形成的電化學(xué)惰性和不可逆副產(chǎn)物可能會(huì)引起脹氣與表面鈍化。因此，急需要開(kāi)發(fā)具有均勻鋅沉積的高度穩(wěn)定的鋅陽(yáng)極。

CN108807910A公開(kāi)了一種水系鋅離子電池，包括正極、負(fù)極、電解液和設(shè)置于所述正極和所述負(fù)極之間的隔膜，所述負(fù)極為石墨烯輔助鋅負(fù)極，所述電解液包括溶劑和溶質(zhì)，所述溶劑為水，所述溶質(zhì)包括可溶性鋅鹽和錳鹽。該文獻(xiàn)制備得到的鋅電池易出現(xiàn)鋅的不均勻沉積導(dǎo)致的枝晶和電解液腐蝕造成的脹氣等安全性問(wèn)題

CN109980226A公開(kāi)了一種具有聚酰胺光亮劑層的鋅負(fù)極，屬于能源材料技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于把聚酰胺溶解于無(wú)水甲酸中進(jìn)行重塑并在鋅負(fù)極表面構(gòu)建固態(tài)光亮劑層。該文獻(xiàn)提到的方法都不能根本上解決溶液中濃度梯度引起的不均勻沉積，此外該方法只能一定程度上起到抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)效果。

上面提到的方法都并不能根本上解決溶液中濃度梯度引起的不均勻沉積，此外這些方法只能一定程度上起到抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)效果，同時(shí)它們的制備工藝復(fù)雜、成本高昂、很難應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。

因此如何從根本上克服現(xiàn)有的鋅金屬負(fù)極由于充放電過(guò)程中鋅的沉積不均勻?qū)е碌闹L(zhǎng)以及電解液腐蝕造成的脹氣等安全性問(wèn)題，是目前急需解決的一項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋅二次電池的負(fù)極極片及其制備方法和用途。本發(fā)明通過(guò)原位化學(xué)置換的方法，能夠有效的在鋅金屬負(fù)極表面形成穩(wěn)定的由金屬納米顆粒及氟化鋅組成的復(fù)合保護(hù)層，同時(shí)能夠有效地提供均勻的鋅沉積時(shí)的成核位點(diǎn)，使得鋅的沉積更加均勻，抑制了鋅二次電池在充放電循環(huán)中電解液造成的腐蝕和鋅枝晶的生長(zhǎng)，從而起到大大提高鋅二次電池循環(huán)性能和安全性的作用。

為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種鋅二次電池的負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括含鋅金屬的基片以及位于所述基片表面的復(fù)合保護(hù)層；所述復(fù)合保護(hù)層包括金屬納米顆粒和氟化鋅。