[發明專利]有機柱撐蒙脫土在制備鋅離子電池負極保護材料中的應用

在審

• 申請號: 202310059317.1
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN116063875A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 胡超權;廖丹;王勇
• 申請（專利權）人: 中科南京綠色制造產業創新研究院
• 主分類號: C09D7/62
• 分類號: C09D7/62;C09D127/16;C09C1/30;C09C3/08;H01M4/62;H01M10/36;H01M10/38
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉二艷

本發明提供了有機柱撐蒙脫土在制備鋅離子電池負極保護材料中的應用，所述有機柱撐蒙脫土由十烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨或十八烷基三甲基溴化銨中的任意一種或至少兩種的組合對蒙脫土進行柱撐得到。通過將有機陽離子插入到蒙脫土的層狀結構之間，擴大了蒙脫土的層間距，為鋅離子傳輸提供了更寬闊的通道。將所述有機柱撐蒙脫土作為保護材料涂覆在負極上形成保護層，保護層的存在隔絕了鋅負極與酸性電解液的直接接觸，減弱了負極的腐蝕抑制了鋅枝晶的生長，從而改善鋅離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋅離子電池技術領域，涉及一種有機柱撐蒙脫土在制備鋅離子電池負極保護材料中的應用。

背景技術

在各種電化學系統中，鋰離子電池在能量密度、使用壽命和存儲穩定性方面均處于領先地位。然而，安全問題、高成本和有限的鋰資源阻礙了鋰離子電池的持續廣泛利用和后續發展。由于鋅離子電池在安全、成本方面的極大優勢，以及可接受的能量密度，被認為是鋰離子電池在特定領域的理想替代品。

水系鋅離子電池不可避免的會出現鋅負極腐蝕和正極溶解的問題，另外，鋅枝晶的生長也是困擾鋅離子電池進一步發展的重大挑戰。在鋰金屬電池研究的啟發下，許多研究已經證明了表面和界面改性對抑制枝晶生長和副反應的好處，這通常可以通過使用具有精心設計的支撐或表面保護層來實現。一般來說，電極保護材料應具有高比表面積、優良的電子導電性、穩定的結構和豐富的鋅沉積功能位點等特性。并且能夠抑制枝晶生長和副反應，但允許Zn²⁺離子的擴散和沉積。一些例子包括使用原子層沉積的超薄TiO₂涂層、納米多孔CaCO₃的滴鑄和Al₂O₃的沉積。盡管這些材料可以防止枝晶生長以及鋅負極的腐蝕，但鋅離子通過這些涂層材料的擴散受到嚴重限制并影響電池性能，且這些材料一般價格昂貴，制備工藝復雜，不利于工業化。

天然粘土在世界各地都很豐富，由于其儲量豐富，開采方便，粘土礦物的平均價格相對較低。無機天然粘土通常由鋁和鎂硅酸鹽組成。在化學水平上，硅酸鹽層通常由Si-O四面體和Al-O八面體的交替組成。硅酸鹽層分為1:1型和2:1型。

蒙脫土是研究最為廣泛的粘土材料，它符合多數層狀粘土材料的特征，層間和片層界面及邊緣處可交換的陽離子為進行離子交換提供了可能。薄片由夾在兩層Si-O四面體之間的一層Al-O八面體形成。層間充當交換性陽離子運輸的高速通道，Zn²⁺在電場的驅動下遷移到片層的空隙中。然而，常規的粘土材料雖然具有有利于離子傳輸的通道，但是由于層間距較小，不利于鋅離子的快速傳輸，對鋅離子電池性能是不利的。

因此，如何針對水系鋅離子電池設置保護層，解決鋅負極腐蝕和正極溶解的問題，抑制枝晶生長和副反應，同時實現鋅離子的快速傳輸，保持鋅離子優異的電池性能，成為了本領域亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種有機柱撐蒙脫土在制備鋅離子電池負極保護材料中的應用。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種有機柱撐蒙脫土在制備鋅離子電池負極保護材料中的應用，所述有機柱撐蒙脫土由十烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨或十八烷基三甲基溴化銨中的任意一種或至少兩種的組合對蒙脫土進行柱撐得到。

優選地，所述有機柱撐蒙脫土為十烷基三甲基溴化銨柱撐蒙脫土。

優選地，所述有機柱撐蒙脫土的制備方法包括：將柱撐劑、蒙脫土與水混合，進行反應，離心收集沉淀，干燥，即得；

所述柱撐劑選自十烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨或十八烷基三甲基溴化銨中的任意一種或至少兩種的組合。