本發(fā)明屬于電池，更具體地，涉及一種鋅離子電池負極及其制備方法與鋅離子電池。

背景技術(shù)：

1、隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，化石燃料短缺、環(huán)境污染惡化等嚴重問題日益凸顯，大力發(fā)展綠色儲能系統(tǒng)以取代或部分取代傳統(tǒng)化石燃料已成為當前的研究主流。金屬離子電池，如(鋰、鈉、鋅、鎂、鈣和鋁)，在電化學存儲系統(tǒng)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。特別是，鋰離子電池由于其高能量密度、重量輕、可忽略的記憶效應(yīng)長循環(huán)壽命，在市場上被廣泛用作便攜式儲能設(shè)備。然而，鋰離子電池成本高，存在有機電解質(zhì)熱失控引起的安全問題。相比之下，水系鋅離子電池因其固有的安全性和鋅金屬負極的獨特優(yōu)勢而被視為一種有前途的大規(guī)模儲能技術(shù)。其中包括高理論容量(820mah?g-1)和低氧化還原電位(-0.76vvs.she)。不幸的是，鋅負極在鍍鋅/剝離過程中的腐蝕、析氫反應(yīng)、界面寄生反應(yīng)和枝晶生長等問題阻礙了商業(yè)應(yīng)用，導致其利用率低、庫侖效率低和循環(huán)壽命短。因此，制定有效的策略來解決這些問題對于水系鋅離子電池的實際應(yīng)用至關(guān)重要。

2、為了解決鋅金屬存在的上述問題，現(xiàn)階段科研工作者們已經(jīng)進行了大量的工作，包括界面的改性、電解液優(yōu)化和隔膜修飾等。由于鋅離子電池的特性(直接使用鋅箔作為負極)，因此，直接對鋅負極進行改性從而獲得長壽命、高庫倫效率的鋅離子電池是一種簡單而有效的方法。目前，對于鋅負極的改性通常是以金屬氧化物和/或聚合物在鋅表面形成保護層，制備過程較為繁瑣。因此，研究一種鋅離子電池負極簡便改性的制備工藝，對其實際應(yīng)用有著重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋅離子電池負極及其制備方法與鋅離子電池，經(jīng)過改性后的負極能減緩腐蝕、誘導鋅離子均勻沉積和抑制鋅枝晶生長，組裝的鋅離子電池具有優(yōu)異的循環(huán)壽命、長循環(huán)穩(wěn)定性和較優(yōu)的庫倫效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、一種鋅離子電池負極，所述負極由鋅箔在改性劑溶液中形成保護層而得；所述改性劑為六氟硅酸銨、六氟磷酸銨、氟化銨、六氟硅酸鉀、六氟硅酸鈉、六氟磷酸鈉、六氟磷酸鉀中的任意一種或至少兩種的組合

4、本發(fā)明中，改性劑在鋅箔表面形成富znf2和其他無機物的固體電解質(zhì)界面層作為保護層，從而改善電池性能，以阻礙副反應(yīng)的發(fā)生，延長電池循環(huán)壽命。

5、進一步地，鋅箔在改性劑溶液中經(jīng)熱處理或通電處理能夠更快形成保護層；所述熱處理溫度為60-80℃。

6、本發(fā)明中的通電處理對電流、電壓不做限制，只需能在鋅箔上形成成富znf2和其他無機物的固體電解質(zhì)界面層即可。在一些實施方式中，還可以將改性劑添加到電解液中，在電池的工作過程中于鋅負極表面形成保護層。

7、進一步地，所述改性劑為六氟硅酸銨。

8、進一步地，鋅箔厚度為10-100μm。

9、進一步地，所述改性劑溶液的溶劑包括去離子水、碳酸乙烯酯、乙腈、磷酸三甲基酯、磷酸三乙酯、碳酸鹽丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、碳酸丙烯酯、乙酸甲酯、三乙二醇二甲醚或二甲基亞砜中的任意一種或至少兩種的組合。優(yōu)選為水。

10、進一步地，所述改性劑溶液中改性劑的含量為0.5～10wt％。

11、上述的鋅離子電池負極的制備方法，包括如下步驟：將鋅箔置于改性劑溶液中形成保護層，所述改性劑為六氟硅酸銨、六氟磷酸銨、氟化銨、六氟硅酸鉀、六氟硅酸鈉、六氟磷酸鈉、六氟磷酸鉀中的任意一種或至少兩種的組合。

12、一種鋅離子電池，包括上述的負極、電解液和正極。

13、本發(fā)明中，鋅離子電池的種類不做限制，可以是水系鋅離子電池，其包括正極片、上述的負極、隔膜和電解液。其中，正極為五氧化二釩或羥基氧化釩以及其他釩、錳氧化物正極材料，所述隔膜為玻璃纖維膜，所述電解液為2mol/lznso4溶液。

14、本發(fā)明中，鋅離子電池還可以是鋅對稱電池，其中正極和負極均為上述的負極。

15、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

16、本發(fā)明的鋅離子電池負極具有極高的穩(wěn)定性，鋅箔表面形成的保護層能夠抑制鋅金屬的腐蝕，減少副產(chǎn)物，延長鋅離子電池的循環(huán)壽命，對于推進其在大規(guī)模儲能領(lǐng)域的應(yīng)用具有十分重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種鋅離子電池負極，其特征在于，所述負極由鋅箔在改性劑溶液中形成保護層而得；所述改性劑為六氟硅酸銨、六氟磷酸銨、氟化銨、六氟硅酸鉀、六氟硅酸鈉、六氟磷酸鈉、六氟磷酸鉀中的任意一種或至少兩種的組合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極，其特征在于，還包括熱處理或通電處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負極，其特征在于，所述熱處理溫度為60-80℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極，其特征在于，所述改性劑為六氟硅酸銨。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極，其特征在于，所述改性劑溶液的溶劑包括去離子水、碳酸乙烯酯、乙腈、磷酸三甲基酯、磷酸三乙酯、碳酸鹽丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、碳酸丙烯酯、乙酸甲酯、三乙二醇二甲醚或二甲基亞砜中的任意一種或至少兩種的組合。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極，其特征在于，所述改性劑溶液的中改性劑的含量為0.5～10wt％。

7.權(quán)利要求1-6任一項所述的鋅離子電池負極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將鋅箔置于改性劑溶液中形成保護層，所述改性劑為六氟硅酸銨、六氟磷酸銨、氟化銨、六氟硅酸鉀、六氟硅酸鈉、六氟磷酸鈉、六氟磷酸鉀中的任意一種或至少兩種的組合。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述處理溫度為60℃。

9.一種鋅離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1-6任一項所述的負極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鋅離子電池負極及其制備方法和鋅離子電池，所述鋅離子電池負極由鋅箔在改性劑中熱處理得到，所述改性劑為六氟硅酸銨、六氟磷酸銨、氟化銨、六氟硅酸鉀、六氟硅酸鈉、六氟磷酸鈉、六氟磷酸鉀中的任意一種或至少兩種的組合；所述熱處理溫度為60?80℃。改性劑可在鋅箔表面形成保護層，可以抑制腐蝕并調(diào)控鋅離子傳輸和沉積，可以顯著提高鋅離子電池的電化學性能。制備的鋅離子電池具有優(yōu)異的循環(huán)壽命、長循環(huán)穩(wěn)定性和高的放電比容量。

技術(shù)研發(fā)人員：曾憲祥,尹光源,謝鵬星,謝斌,丁孟莎
受保護的技術(shù)使用者：湖南農(nóng)業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2