一种生物胶保护的锌金属负极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锌离子电池技术领域，具体涉及一种生物胶保护的锌金属负极及其制备方法和应用。所述锌金属负极包括锌金属极片和涂覆在锌金属极片表面的生物胶涂层组成；所述生物胶涂层包括葫芦巴胶、瓜尔豆胶、刺云豆胶、角豆胶、果胶、黄原胶、亚麻籽胶、皂荚豆胶、阿拉伯胶、黄蓍胶、刺梧桐胶、桃胶、魔芋胶的任意一种或两种以上组合。本发明专利技术锌金属负极中生物胶涂层与锌离子和锌金属有较强结合能和吸附能，可以抑制析氢腐蚀反应的发生，同时可以诱导锌金属的均匀沉积，减少锌枝晶的生成。减少锌枝晶的生成。减少锌枝晶的生成。

【技术实现步骤摘要】
一种生物胶保护的锌金属负极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水系电池
，具体涉及一种生物胶保护的锌金属负极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锌金属具有较高的理论容量(5855mAh cm
‑2和820mAh g
‑1)、较低的氧化还原电位(与标准氢电极相比为
‑
0.76V)、较高的储量、水相容性和安全性，被选为水系锌离子电池的理想负极材料。但锌离子电池仍然存在一些问题需要解决。虽然电极表面有很高的析氢过电位，但锌金属的热力学在水环境中仍然不稳定，锌表面容易与水系电解液发生析氢腐蚀反应，导致绝缘副产物的生成，阻碍离子传输，引起电池界面阻抗增加。此外，锌金属负极表面不平整和离子浓度差异，在锌金属沉积过程中会形成“尖端效应”，导致锌枝晶的生成，最终刺穿隔膜，引发电池短路。
[0003]目前，锌金属电极表面修饰由于其方法简单和易于实现而受到广泛的关注。电极表面修饰物主要包括无机和有机保护材料。理想的保护层应具有良好的力学性能和高的锌离子导电性。通常情况下，有机保护层具有柔韧性好的特点，能够适应循环过程中锌金属负极的体积变化，但多数有机涂层具有成本高、环境污染等问题。因此，寻找一种低成本、无毒、储量丰富的电极表面修饰材料来改善锌金属电极的锌枝晶和析氢腐蚀问题具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对锌金属负极在锌离子电池水系电解液中易发生析氢腐蚀反应和锌枝晶生长，最终导致电池短路及循环寿命缩短的问题，开发了一种生物胶保护的锌金属负极。
[0005]生物胶中富含羟基等多种官能团，不仅能够为金属锌离子提供结合位点，还能够与锌金属表面产生键合作用，在锌电极表面形成一层紧密粘结的保护膜。生物胶保护膜在水系电解液中，将水分子阻挡在保护膜之外而锌离子可以自由通过，实现锌金属的均匀沉积，同时保护锌电极不受水系电解液中水引发的析氢腐蚀影响，减少绝缘副产物的生成。因此，生物胶修饰锌电极，能够减少锌枝晶和绝缘副产物的生成，锌离子电池的循环性能和抗腐蚀能力均有显著提高。同时，本专利技术还实现了生物胶的高值化利用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术技术方案如下：
[0007]本专利技术一方面提供一种生物胶保护的锌金属负极，所述锌金属负极包括锌金属极片和涂覆在锌金属极片表面的生物胶涂层组成；所述生物胶涂层包括葫芦巴胶、瓜尔豆胶、刺云豆胶、角豆胶、果胶、黄原胶、亚麻籽胶、皂荚豆胶、阿拉伯胶、黄蓍胶、刺梧桐胶、桃胶、魔芋胶的任意一种或两种以上的组合。
[0008]上述技术方案中，进一步地，所述生物胶涂层为葫芦巴胶、瓜尔豆胶、刺云豆胶、角豆胶、果胶、黄原胶、亚麻籽胶、皂荚豆胶、阿拉伯胶、黄蓍胶、刺梧桐胶、桃胶、魔芋胶中的任意一种或两种以上的组合。
[0009]上述技术方案中，进一步地，所述锌金属负极中，生物胶涂层的厚度为1nm
‑
50μm。
[0010]本专利技术另一方面提供一种上述的生物胶保护的锌金属负极的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0011]步骤1：锌金属极片表面预处理
[0012]采用稀酸溶液处理锌金属极片表面，清洗干燥后获得预处理锌金属；
[0013]步骤2：生物胶溶液的配制
[0014]将生物胶粉末溶于水中，制备得到生物胶溶液；
[0015]步骤3：锌金属片表面生物胶保护膜的制备
[0016]将生物胶溶液涂覆于锌金属极片表面，干燥，获得生物胶保护锌金属负极。
[0017]上述技术方案中，进一步地，所述步骤1中，稀酸溶液包括质量浓度1％～10％的盐酸、硫酸、硝酸、草酸或乙酸。
[0018]本专利技术再一方面提供一种上述生物胶保护的锌金属负极在锌离子电池中的应用。
[0019]本专利技术还提供一种上述生物胶保护的锌金属负极在锌离子电化学储能装置中的应用。
[0020]本专利技术的有益效果为：
[0021]1、本专利技术锌金属负极中生物胶涂层与锌金属表面有较强吸附能，稳定的吸附于锌金属的表面，起到均衡离子浓度和平衡电场的作用，实现锌金属的均匀沉积，减少锌枝晶的生成。
[0022]2、本专利技术锌金属负极中生物胶涂层可以将电解液中水分子阻挡在电极之外，阻止了水分子与锌金属接触从而缓解了锌金属表面的析氢腐蚀反应。
[0023]3、本专利技术锌金属负极中生物胶涂层还能够与锌金属表面发生键合作用，从而增强该生物胶涂层在锌金属电极上的紧密接触，保持生物胶涂层的结构完整性，防止生物胶涂层在循环过程中从电极表面脱落，从而改善锌金属电极的循环稳定性。
[0024]综上，本专利技术锌金属负极中生物胶涂层具有抑制析氢腐蚀和枝晶生长的双重作用，在避免电池短路和提高电池循环寿命方面具有重要意义。
附图说明
[0025]图1为对比例1的锌金属负极的SEM图及XRD图，其中a为SEM图，b为XRD图；
[0026]图2为实施例1的锌金属负极的SEM图及XRD图，其中a为SEM图，b为XRD图；
[0027]图3为对比例1的锌金属负极浸泡硫酸锌电解液10天后的SEM图及XRD图；
[0028]图4为实施例1的锌金属负极浸泡硫酸锌电解液10天后的SEM图及XRD图；
[0029]图5为金属锌在对比例1的锌金属负极上沉积后的SEM形貌图；
[0030]图6为金属锌在实施例1的锌金属负极上沉积后的SEM形貌图；
[0031]图7为对比例1的锌金属负极在硫酸锌电解液中的腐蚀曲线；
[0032]图8为实施例1的锌金属负极在硫酸锌电解液中的腐蚀曲线；
[0033]图9为对比例1的锌金属负极制备对称电池的循环曲线；
[0034]图10为实施例1的锌金属负极制备对称电池的循环曲线。
具体实施方式
[0035]以下实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0036]对比例1
[0037]纯锌金属极片表面形貌SEM及XRD图如图1所示。
[0038]将纯锌金属极片置于2mol/L的水系硫酸锌电解液中浸泡10天，浸泡后的SEM和XRD如图3所示。锌电极表面有明显片状绝缘副产物的生成，XRD图谱显示有副产物生成。
[0039]将锌金属片作为集流体置于2mol/L的水系硫酸锌电解液中，在锌金属片上进行金属锌沉积，沉积后形貌如图5所示，金属锌发生明显的垂直生长，易于生长为锌枝晶。
[0040]用三电极体系，在2mol/L的水系硫酸锌电解液中进行腐蚀曲线的测试，如图7所示，用纯锌金属极片制备锌锌对称电池，测试循环寿命，如图9所示，循环寿命为75h。
[0041]实施例1
[0042]生物胶保护的锌金属负极的制备方法，采用的生物胶为瓜尔豆胶(GG)，
[0043]制备方法包括以下步骤：
[0044]步骤1：锌金属片表面预处理
[0045]采用质量浓度为1％的乙酸溶液处理锌金属片表面，清本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物胶保护的锌金属负极，其特征在于，所述锌金属负极包括锌金属极片和涂覆在锌金属极片表面的生物胶涂层组成；所述生物胶涂层包括葫芦巴胶、瓜尔豆胶、刺云豆胶、角豆胶、果胶、黄原胶、亚麻籽胶、皂荚豆胶、阿拉伯胶、黄蓍胶、刺梧桐胶、桃胶、魔芋胶中的任意一种或两种以上的组合。2.根据权利要求1所述的生物胶保护的锌金属负极，其特征在于，所述锌金属负极中，生物胶涂层的厚度为1nm
‑
50μm。3.一种权利要求1
‑
2任一项所述的生物胶保护的锌金属负极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：锌金属极片表面预处理采用稀酸溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙润仓，宿婷婷，任文锋，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：