[發明專利]一種具有應力響應界面修飾層的鋅負極、制備方法及鋅離子電池

在審

• 申請號: 202310469086.1
• 申請日: 2023-04-27
• 公開（公告）號: CN116470013A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 陳人杰;羅沖;郭亞飛;楊明芳;劉冰然
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/24
• 分類號: H01M4/24;H01M4/26;H01M10/36;H01M10/42
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 周蜜

1.一種具有應力響應界面修飾層的鋅負極，其特征在于：所述界面修飾層的厚度為0.1μm～20μm，所述界面修飾層均勻分布在鋅負極的表面；

所述聚硼硅氧烷的結構通式為R₁-[Si(R₂R₃)-O]_n-B-R₄R₅，其中n代表所述聚硼硅氧烷分子鏈中-Si(R₂R₃)-O-單元的聚合度，取值為10～150的正整數；

R₁為與Si連接的端基，R₁為甲基、羥基、乙烯基或硅氧烷鏈；

R₂和R₃代表重復單元當中與硅連接的側鏈，R₂和R₃為分別獨立的氫、甲基、氨丙基或苯基；

R₄、R₅代表與硼原子相連的側鏈，R₄和R₅為分別獨立的羥基、β-環糊精分子鏈和聚硅氧烷鏈中的至少一種；所述聚硅氧烷鏈的結構通式為R₁’-[Si(R₂’R₃’)-O]_n-，其中R₂’、R₃’和n分別與所述聚硼硅氧烷結構通式中的R₂、R₃和n保持一致，R₁’為甲基、乙烯基、羥基或-[Si(R_AR_B)-O]_n-H，并且-[Si(R_AR_B)-O]_n-H中的R_A、R_B和n分別與所述聚硅氧烷鏈的結構通式中的R₂’、R₃’和n保持一致。

2.根據權利要求1所述一種具有應力響應界面修飾層的鋅負極，其特征在于：所述界面修飾層的厚度為1μm～12μm。

3.根據權利要求1或2所述一種具有應力響應界面修飾層的鋅負極，其特征在于：所述聚硼硅氧烷的結構通式中，n的取值為28～140的正整數。

4.根據權利要求3所述一種具有應力響應界面修飾層的鋅負極，其特征在于：所述聚硼硅氧烷的結構通式中，n的取值為30～80的正整數。

5.根據權利要求1所述一種具有應力響應界面修飾層的鋅負極，其特征在于：所述界面修飾層中還添加有鋅鹽或具有鋅離子傳輸特性的有機大分子材料；所述界面修飾層中，鋅鹽或有機大分子材料的質量分數為1％～50％；

所述鋅鹽為硫酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅、雙三氟甲烷磺酸鋅和雙三氟甲磺酰亞胺鋅中的至少一種；

所述具有鋅離子傳輸特性的有機大分子材料為α-環糊精、β-環糊精、γ-環糊精和吩嗪中的至少一種。

6.一種如權利要求1～5任一項所述具有應力響應界面修飾層的鋅負極的制備方法，其特征在于：所述方法為溶劑揮發法，步驟如下：

(1)在空氣氛圍下，將所述聚硼硅氧烷完全溶解在稀釋劑中，形成均相透明的分散液；

所述分散液中，聚硼硅氧烷的質量分數為1％～10％；

所述稀釋劑為石油醚、正己烷、環己烷、二硫化碳、四氯化碳、苯、甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、氯仿、二苯醚、乙醚和四氫呋喃中的至少一種；

(2)將分散液均勻分散到金屬鋅負極表面，常壓或減壓烘干至稀釋劑完全揮發，在鋅負極表面形成所述厚度的界面修飾層。

7.一種水系鋅離子電池，其特征在于：所述水系鋅離子電池為扣式電池或軟包電池，所述鋅離子電池由正極、負極、隔膜和電解液組成；

其中，所述負極為權利要求1～5任一項所述具有應力響應界面修飾層的鋅負極。

8.根據權利要求7所述一種水系鋅離子電池，其特征在于：所述正極材料為釩基材料、錳基材料、鐵基材料和硫化物材料中至少一種；所述釩基材料包括釩氧化物或水合釩氧化物；所述錳基材料包括錳氧化物；所述鐵基材料包括鐵氧化物；所述硫化物材料包括二硫化鉬或硫化錳；

所述隔膜材料為玻璃纖維或纖維素；

所述電解液為鋅鹽水溶液，或者鋅鹽和中性鹽混合溶液；其中，所述鋅鹽為硫酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅、雙三氟甲烷磺酸鋅和雙三氟甲磺酰亞胺鋅中的至少一種；所述中性鹽包括鋰鹽、鈉鹽或鉀鹽。