本發(fā)明涉及水系鋅離子電池負(fù)極材料，尤其是涉及一種水系鋅離子電池負(fù)極集流體及生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電低、無記憶效應(yīng)、環(huán)境影響小等特點(diǎn)，在消費(fèi)電子和電動汽車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，鋰離子電池的鋰資源短缺和安全等問題，促使人們開發(fā)一種安全、環(huán)保且低成本的新型二次電池。

2、與有機(jī)電解液電池相比，水系電池由于具有不易燃、成本低、倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為更具前景。其中，鋅金屬負(fù)極具有高理論容量(820mah/g)、低氧化還原電位(-0.76v)、高析氫過電位。因此，水系鋅離子電池在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

3、當(dāng)前，鋅負(fù)極的主要問題表現(xiàn)在負(fù)極枝晶生長、析氫反應(yīng)(her)以及腐蝕鈍化等三方面，這一系列問題直接或間接地造成鋅沉積、剝離效率低、循環(huán)壽命有限等問題。

4、近年來，人們提出了各種有效策略來解決鋅負(fù)極相關(guān)的問題。其中，負(fù)極集流體合金化改性被認(rèn)為是減少負(fù)極問題影響的可行策略之一，與實(shí)驗(yàn)室級的表面涂層、三維構(gòu)造等負(fù)極集流體改性相比，合金集流體的合成方法更適合大規(guī)模生產(chǎn)，因此，有必要開發(fā)一種具有更全面的優(yōu)化效果的提升水系鋅離子電池的鋅負(fù)極的性能的多元合金集流體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種水系鋅離子電池負(fù)極集流體，通過真空熔煉、軋制和退火處理制備得到的三元合金制備得到的三元合金，按質(zhì)量百分比包括83.1～90.6wt％的銅、9.1～16.6wt％的鋅、0.2-0.4wt％的錫以及不可避免的雜質(zhì)元素，

2、該三元合金中具有單相組織，合金元素以固溶形式存在，鋅元素和錫元素在合金基體中固溶，晶粒內(nèi)部分布有大量等軸晶和少量孿晶，晶粒尺寸為7～10μm，孿晶面積分?jǐn)?shù)為1.2～4.5％，xrd表征無除銅、鋅以外的特征峰。

3、進(jìn)一步的技術(shù)方案，按質(zhì)量百分比包括83.1～90.6wt％的銅、9.1～16.6wt％的鋅、0.3wt％的錫，以及不可避免的雜質(zhì)元素。

4、進(jìn)一步的技術(shù)方案，按重量比例取銅906g、鋅91g和錫3g，經(jīng)真空熔煉、軋制和退火處理制備得到水系鋅離子電池負(fù)極集流體cu-9.1zn-0.3sn，鋅元素和錫元素在合金基體中固溶，其晶粒尺寸為7～10μm，晶粒內(nèi)部分布有大量等軸晶和少量孿晶，孿晶面積分?jǐn)?shù)為1.2～4.5％。

5、進(jìn)一步的技術(shù)方案，按重量比例取銅831g、鋅166g、錫3g，經(jīng)真空熔煉、軋制和退火處理制備得到水系鋅離子電池負(fù)極集流體cu-16.6zn-0.3sn，鋅元素和錫元素在合金基體中固溶，其晶粒尺寸為7～10μm，晶粒內(nèi)部分布有大量等軸晶和少量孿晶，孿晶面積分?jǐn)?shù)為1.2～4.5％。

6、水系鋅離子電池負(fù)極集流體的生產(chǎn)方法，包括以下步驟，

7、步驟s1：真空熔煉，

8、將質(zhì)量百分比為83.1～90.6wt％的金屬銅、9.1～16.6wt％的金屬鋅、0.2-0.4wt％的金屬錫放入石墨坩堝中，優(yōu)選的將質(zhì)量百分比為83.1～90.6wt％的金屬銅、9.1～16.6wt％的金屬鋅、0.2-0.4wt％的金屬錫放入石墨坩堝中，使用真空熔煉爐進(jìn)行真空熔煉處理，真空熔煉過程中真空度為～10-5mbar，真空熔煉過程中熔煉溫度為500～1100℃，真空熔煉過程中熔煉時間為0.5～2h，

9、待冷卻至室溫后獲得合金鑄錠；

10、步驟s2：切割，將合金鑄錠線切割成厚度為3～30mm的合金薄片，

11、步驟s3：軋制-退火，

12、對合金薄片進(jìn)行通過軋制處理，軋制得到厚度為90～150μm的合金箔片，經(jīng)軋制處理再對合金箔片進(jìn)行退火處理，退火溫度為400～500℃，退火時間為4～5h，在完成退火處理后在氬氣和氫氣氣氛中自然冷卻至室溫，得到厚度為90～150μm的水系鋅離子電池負(fù)極集流體，水系鋅離子電池負(fù)極集流體為三元合金，包括水系鋅離子電池負(fù)極集流體cu-9.1zn-0.3sn和水系鋅離子電池負(fù)極集流體cu-16.6zn-0.3sn。

13、本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明所述制備方法采用熔煉-軋制法得到的負(fù)極集流體，可在鋅沉積過程中誘導(dǎo)均勻的鋅沉積，提高電池庫倫效率、提高充放電效率，改善循環(huán)性能，延長電池循環(huán)壽命，且本發(fā)明適合規(guī)?；a(chǎn)，工藝簡單，生產(chǎn)成本低。

技術(shù)特征：

1.水系鋅離子電池負(fù)極集流體，通過真空熔煉、軋制和退火處理制備得到三元合金，其特征在于：按質(zhì)量百分比包括83.1～90.6wt％的銅、9.1～16.6wt％的鋅、0.2-0.4wt％的錫以及不可避免的雜質(zhì)元素，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水系鋅離子電池負(fù)極集流體，其特征在于：按質(zhì)量百分比包括83.1～90.6wt％的銅、9.1～16.6wt％的鋅、0.3wt％的錫，以及不可避免的雜質(zhì)元素。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水系鋅離子電池負(fù)極集流體，其特征在于：按重量比例取銅906g、鋅91g和錫3g，經(jīng)真空熔煉、軋制和退火處理制備得到水系鋅離子電池負(fù)極集流體cu-9.1zn-0.3sn，鋅元素和錫元素在合金基體中固溶，其晶粒尺寸為7～10μm，晶粒內(nèi)部分布有大量等軸晶和少量孿晶，孿晶面積分?jǐn)?shù)為1.2～4.5％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水系鋅離子電池負(fù)極集流體，其特征在于：按重量比例取銅831g、鋅166g、錫3g，經(jīng)真空熔煉、軋制和退火處理制備得到水系鋅離子電池負(fù)極集流體cu-16.6zn-0.3sn，鋅元素和錫元素在合金基體中固溶，其晶粒尺寸為7～10μm，晶粒內(nèi)部分布有大量等軸晶和少量孿晶，孿晶面積分?jǐn)?shù)為1.2～4.5％。

5.水系鋅離子電池負(fù)極集流體的生產(chǎn)方法，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水系鋅離子電池負(fù)極集流體，其特征在于：所述步驟s1：將質(zhì)量百分比為83.1～90.6wt％的金屬銅、9.1～16.6wt％的金屬鋅、0.2-0.4wt％的金屬錫放入石墨坩堝中。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水系鋅離子電池負(fù)極集流體，其特征在于：制備得到水系鋅離子電池負(fù)極集流體cu-9.1zn-0.3sn。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水系鋅離子電池負(fù)極集流體，其特征在于：制備得到水系鋅離子電池負(fù)極集流體cu-16.6zn-0.3sn。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種水系鋅離子電池負(fù)極集流體，通過真空熔煉、軋制和退火處理制備得到，按質(zhì)量百分比包括83.1～90.6wt％的銅、9.1～16.6wt％的鋅、0.2?0.4wt％的錫以及不可避免的雜質(zhì)元素，本發(fā)明所述制備方法采用熔煉?軋制法得到的負(fù)極集流體，可在鋅沉積過程中誘導(dǎo)均勻的鋅沉積，提高電池庫倫效率、提高充放電效率，改善循環(huán)性能，延長電池循環(huán)壽命，且本發(fā)明適合規(guī)?；a(chǎn)，工藝簡單，生產(chǎn)成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：付瑩,史康寧,呂海明,梁煒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：松山湖材料實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9