一种水系锌离子电池负极制造技术

本发明专利技术属于锌离子电池技术领域，公开了一种水系锌离子电池负极。电池负极表面采用激光器进行激光刻画，水系锌离子电池负极表面与电解液接触角为26.7

【技术实现步骤摘要】
一种水系锌离子电池负极


[0001]本专利技术属于锌离子电池
，具体涉及一种水系锌离子电池负极。

技术介绍

[0002]由于化石能源是不可再生的，且伴随着严重的环境污染，所以人们对于光能、太阳能、风能等绿色可再生能源的使用需求日益增加。而天然风能、太阳能具有间歇性和波动性，输出功率波动较大，并网会对系统的电压、频率和稳定性产生影响。大容量储能技术的应用将有助于打破新能源发电接入和消纳的瓶颈问题，提高新能源发电并网效率。电化学储能技术具有响应时间短、能量密度大、维护成本低、灵活方便等优点，成为目前大容量储能技术的发展方向。对于安全的电网级能源储存问题，水系锌离子电池(ZIBs)成本较低且安全性很高，可以将可再生能源与当前的电力能源基础结合起来，且金属锌在自然界中有丰富的储存量，成本低，毒性小等优势，且其理论比容量高(820mAh
·
g
‑1)，氧化还原电位低(与标准氢电极相比为
‑
0.76V)。是水系锌离子电池负极材料的理想选择。
[0003]锌离子电池通过Zn
2+
在正负极之间的由于阳极表面电场和电解质的不均匀分布，导致锌沉积不规则，形成枝晶，从而导致电池循环性能差、库伦效率低(CE)，严重的枝晶生长甚至会刺穿隔膜，导致电池短路。而且锌枝晶容易从电极上脱落形成“死锌”，导致活性物质的不可逆消耗，降低器件的可逆性和能量效率。锌沉积时的不致密性会使电极体积变化剧烈，增加电池失效的风险。因此，解决枝晶问题对未来锌基储能器件的实际应用具有至关重要的意义。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种水系锌离子电池负极，其制备方法操作简单，可大规模应用，能够抑制锌枝晶的生长，延长锌离子电池的循环寿命。
[0005]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种水系锌离子电池负极，所述水系锌离子电池负极表面采用激光器进行激光刻画，水系锌离子电池负极表面与电解液接触角为26.7
°
，正极集流体为钛箔，正极活性物质为V2O5。
[0006]进一步的，所述电解液为1
‑
2mol
·
L
‑1的ZnSO4或3mol
·
L
‑1三氟甲烷磺酸锌。
[0007]进一步的，正极活性物质V2O5浓度为1
‑
3mg
·
cm
‑2。
[0008]本专利技术的进一步优选，正极集流体为不锈钢箔。
[0009]本专利技术的进一步优选，正极活性物质为MnO2，浓度为0.5
‑
3mg
·
cm
‑2。
[0010]上述水系锌离子电池负极制备方法包括以下步骤：
[0011]1.利用控制软件EZCAD2.5.3控制扫描振镜设置加工图案、相应的扫描速度和扫描间距，利用计算机设置激光器的激光参数；
[0012]2.将锌箔放置在激光器底部，使用EZCAD2.5.3控制进行校准，移动锌箔，选择激光区域，然后使用EZCAD2.5.3控制激光器对锌箔表面进行激光直写，其中激光器激光头与集流体表面夹角为90
°
，使用EZCAD2.5.3控制激光器对锌箔表面进行激光直写的参数为：光斑
直径为1
‑
1000μm、激光频率为1
‑
20kHz、激光波长为1064nm、脉冲宽度为50ns、扫描速度为0.001
‑
50mm/s、直线填充的间距为5
‑
30μm。
[0013]进一步的，所述步骤2中激光直写的图案包括条纹状和点阵状。
[0014]本专利技术的进一步优选，所述水系锌离子电池负极制备方法中使用的锌箔替换为铜箔。
[0015]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0016](1)本专利技术提供了一种改性水系锌离子电池负极，采用激光器对锌箔进行图案化激光直写。激光处理使锌箔表面粗糙度增加，且在锌箔表面形成有规律的凹槽，增加了电解液与负极材料间的接触面积，减小了电解液与负极材料的接触角，减小了电阻界面阻抗。
[0017](2)本专利技术通过用激光对锌箔表面进行有规律的凹槽的构建，使得锌离子在锌电极沉积时得到有效调控，避免锌负极的粉末化和锌枝晶的产生从而增加对称锌离子电池的循环寿命，提高水系锌离子电池的容量保持率和循环寿命。
[0018](3)本专利技术提供了一种改性水系锌离子电池负极，其制备过程直接在空气中对锌箔进行激光直写，克服了传统水系锌离子电池负极改性工艺中需要大量化学试剂、工艺复杂等缺点，实现了激光制备改性水系锌离子电池负极；制备工艺操作简单、高效、制备成本低且对环境友好，易于实现规模化生产。
附图说明
[0019]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步说明
[0020]图1为实施例1测的扫描电镜图；
[0021]图2为实施例2测的扫描电镜图；
[0022]图3为实施例3测的材料与电解液间的接触角示意图。
具体实施方式
[0023]下面通过具体实施例详述本专利技术，但不限制本专利技术的保护范围。如无特殊说明，本专利技术所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
[0024]实施例1
[0025]一种改性水系锌离子电池负极材料的合成，具体包括以下步骤：
[0026]步骤一、选择市售锌箔(厚度为80μm)作为水系锌离子电池负极材料，用乙醇将锌箔彻底清洗、烘干并用机械外力压平。其中，购买的锌箔为纯锌。
[0027]步骤二、采用纳秒脉冲激光器进行激光图案化处理，具体过程为：使用球面透镜(焦距为170mm)将激光束过程聚焦成点状，并在计算机控制的两轴(x和y)阵列透镜系统中执行构图过程。本实施例在锌箔表面上的图案由激光控制的均匀间隔的行组成。在实验中，固定输出脉冲宽度设置为50ns，光斑直径为50μm、激光频率为16
‑
20kHz、激光波长为1064nm、扫描速度为200
‑
400mm/s、直线填充的间距为1
‑
50μm。
[0028]将制备的锌负极组装成锌离子电池，其中电池正极材料为V2O5材料；隔膜的膜材料为玻璃纤维膜；电解液为2molL
‑1硫酸锌溶液。进行电化学测试。
[0029]测试方法为：对称电池充放电测试条件为电流密度1mA
·
cm
‑2，容量截止1mAh
·
cm
‑2，进行充放电循环测试；锌离子全电池测试条件为电流密度0.5A
·
g
‑1，电压截止范围0.2
～1.6V。
[0030]图1为实施例1测的扫描电镜图片，可明显观察到锌箔表面有规律的凹槽结构。
[0031]实施例2
[0032]一种改性水系锌离子电池负极材料的合成，具体包括以下步骤：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系锌离子电池负极，其特征在于，所述水系锌离子电池负极表面采用激光器进行激光刻画，水系锌离子电池负极表面与电解液接触角为26.7
°
，正极集流体为钛箔，正极活性物质为V2O5；上述水系锌离子电池负极制备方法包括以下步骤：S1.利用控制软件EZCAD2.5.3控制扫描振镜设置加工图案、相应的扫描速度和扫描间距，利用计算机设置激光器的激光参数；S2.将锌箔放置在激光器底部，使用EZCAD2.5.3控制进行校准，移动锌箔，选择激光区域，然后使用EZCAD2.5.3控制激光器对锌箔表面进行激光直写，其中激光器激光头与集流体表面夹角为90
°
，使用EZCAD2.5.3控制激光器对锌箔表面进行激光直写的参数为：光斑直径为1
‑
1000μm、激光频率为1
‑
20kHz、激光波长为1064nm、脉冲宽度为50ns、扫描速度为0.001
‑
50mm/s、直线填充的间距为5
‑
30μm。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：那兆霖，戚厚凯，刘旭东，慧宇，王兴安，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：