[發明專利]一種具有界面保護層的鋅電池金屬負極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210421733.7
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114864858A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 馮金奎;譚利文;熊勝林
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/60;H01M10/36
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

1.一種具有界面保護層的鋅金屬負極，其特征在于，所述具有界面保護層的鋅金屬負極包括金屬鋅基體以及包覆在所述鋅金屬基體表面的界面保護層；所述界面保護層由殼聚糖和MXene納米片組成；優選的，所述界面保護層為殼聚糖/MXene納米片復合膜。

2.根據權利要求1所述的具有界面保護層的鋅金屬負極，其特征在于，所述殼聚糖為中高脫乙酰度殼聚糖，所述中高脫乙酰度殼聚糖指的是脫乙酰度≥75％的殼聚糖，優選為脫乙酰度≥90％；所述MXene納米片為由MAX粉末利用LiF和鹽酸刻蝕、剝離得到的少層MXene納米片，所述少層指的是層數少于5層的MXene納米片；所述MAX粉末為Ti₃AlC₂、Nb₄AlC₃、Ti₃AlCN、Ti₂AlC、Ta₄AlC₃、TiNbSiC、(V_0.5Cr_0.5)₃AlC₂、V₂SiC、V₂AlC、Nb₂AlC、Ti₃SiC₂、Ti₂SiC、TiNbAlC、Ta₄SiC₃、(V_0.5Cr_0.5)₃SiC₂、Nb₂SiC、Nb₄SiC₃或Ti₃SiCN中的一種；優選的，為Ti₃AlC₂。

3.根據權利要求1所述的具有界面保護層的鋅金屬負極，其特征在于，所述殼聚糖與層狀MXene納米片質量比為2～50:1；優選的，為10:1。

4.根據上述權利要求任一項所述具有界面保護層的鋅金屬負極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：制備殼聚糖溶液和MXene納米片膠體溶液，將MXene納米片膠體溶液加入殼聚糖溶液并混合均勻，然后將混合溶液涂覆于鋅金屬負極表面，干燥后得到。

5.根據權利要求4所述制備方法，其特征在于，所述殼聚糖溶液通過將殼聚糖粉末加入稀酸水溶液后攪拌溶解得到；優選的，溶解時間為10-20h，溶解溫度30-60℃；攪拌方式為磁力攪拌或機械攪拌；所述殼聚糖溶液的濃度為0.5-3％，進一步優選為1％。

6.根據權利要求4所述制備方法，其特征在于，MXene納米片膠體溶液通過將MAX粉末用LiF和鹽酸刻蝕、剝離后得到；優選的，所述MXene納米片膠體溶液的濃度為1-8mg/mL，優選為5mg/mL。

7.根據權利要求4所述制備方法，其特征在于，MXene納米片膠體溶液加入殼聚糖溶液后攪拌均勻，攪拌方式為磁力攪拌或機械攪拌，攪拌溫度為10-30℃，攪拌時間為0.5-1h。

8.一種鋅金屬負極二次電池，其特征在于，所述電池包括權利要求1-3任一項所述的具有界面保護層的鋅金屬負極，優選的，所述電池為對稱電池、半電池或全電池。

9.根據權利要求8所述鋅金屬負極二次電池，其特征在于，所述電池包括集流體、鋅金屬負極、隔膜、電解液和正極；優選的，所述電解液為水系電解液；所述電解液為ZnSO₄，Zn(NO₃)₂，Zn(CH₃COO)₂，ZnF₂,Zn(ClO₄)₂，ZnCl₂，Zn(CF₃SO₃)₂或Zn(TFSI)₂的水溶液；更優選的，為ZnSO₄水溶液。

10.如權利要求1-3任一項所述的具有界面保護層的鋅金屬負極和/或權利要求8-9任一項所述的鋅金屬負極二次電池在新能源行業領域中的應用。