一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及无枝晶金属负极制备技术领域，具体为一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用，所述锌金属电池采用具有亲锌层的负极集流体，所述亲锌层为亲锌的离子、电子或混合离子导体层中的一种或多种。通过有效控制金属锌均匀地沉积可以有效延长其循环寿命，构筑合适的负极集流体有助于提高其电镀/剥离效率和形成均匀地锌沉积积形貌，极大的提高了无负极锌金属电池的能量密度和安全性能。全性能。全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及无枝晶金属负极制备
，具体为一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]基于当前对能源存储日益增长的需求，高安全、无枝晶、长寿命、高容量的二次储能可充放电电池的开发迫在眉睫。锌的体积理论比容量5580mAh cm
‑3，锌电池因金属锌的优异特性以及电解液易制备、价格低廉、绿色，且电池组装条件比较简易等优点，而颇受欢迎。然而，在实际应用中，金属锌的实际利用率比较有限，当放电深度不充分时，过量的锌被用在锌电池体系中，实际能量密度低于理论能量密度；而当深度放电时，金属锌箔通常会被腐蚀消耗和产生严重枝晶而造成电池性能降级。而恰好，无负极电池体系为上述问题提供了一条解决途径。
[0004]无负极锌金属电池的构成为：负极集流体/隔膜或电解质/富锌正极/正极集流体。开发高性能的无负极电池被认为是实现高能量密度金属电池的终极解决方案。但是，专利技术人发现，尽管无负极电池体系可以实现高的能量密度，然而目前无负极电池的循环寿命较短，短的循环寿命限制了其实际应用，急需多种策略改善其性能。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本公开的目的是提供一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用，通过有效控制金属锌均匀地沉积可以有效延长其循环寿命，构筑合适的负极集流体有助于提高其电镀/剥离效率和形成均匀地锌沉积形貌，极大的提高了无负极锌金属电池的能量密度和安全性能。
[0006]具体地，本公开的技术方案如下所述：
[0007]在本公开的第一方面，提供一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池，所述锌金属电池采用具有亲锌层的负极集流体，所述亲锌层为亲锌的离子、电子或混合离子导体层中的一种或多种。
[0008]在本公开的第二方面，提供一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池的制备方法，包括制备具有亲锌层的负极集流体、制备富锌正极、组装无负极锌金属电池。
[0009]在本公开的第三方面，上述高能量密度、高安全无负极锌金属电池在储能领域中的应用。
[0010]本公开中的一个或多个技术方案具有如下有益效果：
[0011](1)本公开制备的负极集流体，具备较好的亲锌特性，能够具有较低的形核壁垒、
有较快的锌离子传输速率并且能够全方位诱导金属锌均匀沉积，实现显著改善的库伦效率，有效改善无负极锌金属电池的循环性能。
[0012](2)、通过在负极集流体上设计亲锌层，让人惊喜的是，极大的提高了负极集流体与电解液的相容性，进一步抑制了枝晶的生成。
[0013](3)本公开制备的无负极负极集流体，可选择范围广，不仅提供了一种新颖的无负极锌金属电池体系，而且该公开提出的方案可制备出多种类型的亲锌层，提供了几种有效制备无负极锌金属电池的负极集流体的策略。
[0014](4)本公开的制备方法具有可规模化制备，反应过程无毒无污染的技术优势，成本低廉，操作简便。
附图说明
[0015]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0016]以下，结合附图来详细说明本公开的实施方案，其中：
[0017]图1、为实施例1制备得到的不锈钢@锑负极集流体的SEM图，在不锈钢表面展现了一层明显的金属锑晶核；
[0018]图2、为实施例1制备得到的不锈钢@锑负极集流体的XRD衍射图谱；
[0019]图3、为实施例1制备得到的不锈钢@锑负极集流体与对比例的不锈钢集流体的容量
‑
电压曲线对比。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例，进一步阐述本公开。应理解，这些实施例仅用于说明本公开而不用于限制本公开的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0021]除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本专利技术所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本专利技术所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本专利技术方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
[0022]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
[0023]正如
技术介绍
所介绍的，目前无负极锌金属电池在充放电过程中，无负极电池的循环寿命较短，短的循环寿命限制了其实际应用，为了解决这些问题，本公开提供了一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用。
[0024]在本公开的一种实施方式中，提供一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池，所述锌金属电池采用具有亲锌层的负极集流体，所述亲锌层为亲锌的离子、电子或混合离子导体层中的一种或多种。
[0025]对于无负极锌金属电池而言，在充放电过程中，金属锌在集流体上的不均匀沉积会形成很多具有巨大比表面积的沉积微结构，这些沉积物与液体电解质之间发生反应，导致电池内部的活性金属被不断消耗，从而容量持续衰减。通过在负极集流体上负载亲锌层，既提高了负极集流体与电解液之间的相容性，又能够降低形核势垒，实现锌的均匀沉积，同时有效促进了沉积/剥离效率，极大的提高电池的电化学活性。
[0026]进一步地，所述负极集流体选自MXene纸、不锈钢箔、不锈钢网、钛箔、钛网、碳纸、碳布、碳纤维纸、石墨烯纸等中的一种或几种。
[0027]进一步地，所述无负极锌金属电池采用的电解液选自硫酸锌、三氟甲磺酸锌、氯化锌、高氯酸锌、乙酸锌。
[0028]进一步地，所述无负极锌金属电池的结构是：负载有亲锌层的负极集流体/隔膜或电解质/富锌正极/正极集流体；其中，对于正极集流体没有特殊限定，可以基于常规需要进行选择。
[0029]在本公开的一种实施方式中，提供一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池的制备方法，包括制备具有亲锌层的负极集流体、制备富锌正极、组装无负极锌金属电池。
[0030]进一步地，负载亲锌层的方式包括电沉积法、化学沉积法、气相沉积法、涂布法、喷涂法、旋涂法、磁控溅射法等中的一种或几种。
[0031]进一步地，利用电沉积法在负极集流体上构筑一层亲锌层；电沉积法的具体过程包括：在两电极或三电极装置中，负极集流体作为工作电极，以铂为对电极，在含有亲锌金属的盐溶液中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池，其特征是，所述锌金属电池采用具有亲锌层的负极集流体，所述亲锌层为亲锌的离子、电子或混合离子导体层中的一种或多种。2.如权利要求1所述的一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池，其特征是，所述负极集流体选自MXene纸、不锈钢箔、不锈钢网、钛箔、钛网、碳纸、碳布、碳纤维纸、石墨烯纸等中的一种或几种；所述无负极锌金属电池采用的电解液选自硫酸锌、三氟甲磺酸锌、氯化锌、高氯酸锌、乙酸锌。3.如权利要求1所述的一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池，其特征是，所述无负极锌金属电池的结构是：负载有亲锌层的负极集流体/隔膜或电解质/富锌正极/正极集流体。4.一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池的制备方法，其特征是，包括制备具有亲锌层的负极集流体、制备富锌正极、组装无负极锌金属电池。5.如权利要求4所述的一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池的制备方法，其特征是，负载亲锌层的方式包括电沉积法、化学沉积法、气相沉积法、涂布法、喷涂法、旋涂法、磁控溅射法等中的一种或几种；进一步地，利用电沉积法在负极集流体上构筑一层亲锌层；电沉积法的具体过程包括：在两电极或三电极装置中，负极集流体作为工作电极，以铂为对电极，在含有亲锌金属的盐溶液中，以恒流充电或是恒压充电的方式电沉积一层金属晶核；所述亲锌金属选自锡、锑、铋、铟、镓、铜等中的一种或几种。6.如权利要求4所述的一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池的制备方法，其特征是，利用涂布法在负极集流体上构筑一层...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯金奎，田园，安永灵，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：