一种3D多孔锌负载集流体、亲钠或钾的电池负极及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于电极材料领域，特别属于钠电、钾电领域。本发明专利技术公开了一种3D多孔锌负载集流体，包括3D多孔集流体以及复合在3D多孔集流体骨架上的金属锌。本发明专利技术还包括所述的3D多孔锌负载集流体的制备以及应用，此外，本发明专利技术还提供了由所述的3D多孔锌负载集流体制得的钠负极或者钾负极。所述提出在3D多孔锌负载集流体，创新地在3D多孔集流体的孔隙骨架上复合金属锌；该结构的集流体可以有效维持钠或钾金属沉积过程中的骨架稳定；同时，均匀分布在孔隙骨架上的所述的金属锌可以诱导金属钠或钾成核，使钠或钾沉积过程中充分利用3D集流体有效比表面积，实现无枝晶的钠或钾沉积和长的循环寿命。

A 3D porous zinc loaded collector, sodium or potassium friendly anode and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种3D多孔锌负载集流体、亲钠或钾的电池负极及其制备和应用
本专利技术属于储能器件领域，具体涉及一种亲钠和亲钾3D集流体以及由其制得的负极。
技术介绍
锂离子电池作为储能器件，凭借高的能量密度，长的循环寿命已经在各种数码电子产品中得到广泛的应用。近年来，锂离子电池已经逐步在电动汽车和智能电网等领域得到应用。但是受限于有限的锂资源(地壳中的丰度：0.002％)，因而锂离子电池及其相关产品的价格居高不下。因此，开发低成本的储能器件迫在眉睫。在这一背景下，钠和钾凭借着其高的丰度(钠的丰度：2.83％和钾的丰度2.59％)，分别为锂资源丰度的1415倍和1295倍，得到了广泛的关注。在钠离子电池和钾离子电池中，金属钠和金属钾作为最有前途的负极得到了广泛的研究。但是钠枝晶和钾枝晶的生长以及巨大的体积膨胀和收缩限制了金属钠和金属钾直接作为负极材料使用。为了应对这一问题，目前通用的方法是将金属钠和金属钾负载在多孔骨架中，以防止枝晶的生长和缓解体积变化。但是目前商业化的3D集流体对金属钠和金属钾的润湿性差，因而导致金属钠和钾在沉积的过程中产生大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D多孔锌负载集流体，其特征在于：包括3D多孔集流体以及复合在3D多孔集流体骨架上的金属锌。/n

【技术特征摘要】
1.一种3D多孔锌负载集流体，其特征在于：包括3D多孔集流体以及复合在3D多孔集流体骨架上的金属锌。


2.如权利要求1所述的3D多孔锌负载集流体，其特征在于：3D多孔集流体为3D多孔金属集流体或多孔碳集流体；
其中，所述的3D多孔金属集流体的材料为钛、铜、镍、铁、钴、锰中的至少一种；优选为多孔镍；
所述的3D多孔碳集流体的材料为碳纸，碳布，石墨烯纸，碳纳米管纸中的至少一种；优选为碳纳米管纸；
优选地，所述的3D多孔集流体的厚度为5～800μm；进一步优选为10～300μm；
优选地，所述的3D多孔集流体的孔隙率为10～90％；进一步优选为30～70％；
优选地，所述的3D多孔集流体的孔间距为0.2～400μm；进一步优选为0.4～300μm。


3.如权利要求1或2所述的3D多孔锌负载集流体，其特征在于：复合在骨架上的金属锌呈颗粒状；优选的颗粒度为10～200nm；进一步优选为20～100nm。


4.一种3D多孔锌负载集流体或权利要求1～3任一项所述的3D多孔锌负载集流体的制备方法，其特征在于：将3D多孔集流体为工作电极，以锌为对电极，在镀锌液中进行电镀，在3D多孔集流体的骨架上沉积金属锌，制得3D多孔锌负载集流体；
所述的镀锌液为包含锌盐、质子酸和表面活性剂的水溶液；其中，锌盐的含量为5～50g/L；优选为15～45g/L；
所述的质子酸的含量为5～80g/L；优选为25～60g/L；
所述的表面活性剂的含量为表面活性剂0.02～0.4g/L；优选为0.05～0.3g/L；
优选地，所述的锌盐为硫酸锌，氯化锌，乙酸锌，硝酸锌，氧化锌中的至少一种；
优选地，所述的质子酸为盐酸，硫酸，硝酸，乙酸中的至少一种；
优选地，所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂；
优选地，所述的阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磷酸酯、聚丙烯酸、OP-10，OT-75中的至少一种；
优选地，所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、全氟烷基铵盐中的至少一种；
优选地，电镀过程的电流密度为1～15mA/cm2；
优选地...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪波，赖延清，范海林，高春晖，董庆元，张治安，张凯，方静，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43