一种金属锌涂覆铁电聚合物界面层的方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种金属锌片涂覆铁电聚合物界面层的方法,工艺为：将铁电聚合物溶于有机溶剂中搅拌完全溶解后形成均匀的铁电聚合物溶液；将金属锌片浸泡在清洗液中进行除杂处理，除杂后烘干得到纯净金属锌片；将步骤1中所述的铁电聚合物溶液涂覆至步骤2中所述的纯净金属锌片的一面；在60

【技术实现步骤摘要】
一种金属锌涂覆铁电聚合物界面层的方法及应用


[0001]本专利技术涉及铁电聚合物
‑
金属界面层的构建
，具体涉及一种用于抑制金属锌枝晶和副反应的金属锌涂覆铁电聚合物界面层的方法及其在水系锌离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]目前，发展风能、太阳能以及潮汐能等绿色能源已经成为全球的主要趋势，但是这些新型的可再生能源总是间歇性、多变的、不稳定的。因此，对于其能量的有效利用需要高性能的储能系统，电池作为一种高效的能量存储装置起着不可或缺的地位，在众多新型储能装置中，可充电的水系锌离子电池(AZIB)因其环保、成本低、相对较低的氧化还原电位(相对于标准氢电极
‑
0.76V)、安全性高、高容量(820 mAh g
‑1) 以及水系电解质固有的不可燃性和高离子电导率(约1S cm
‑1)等诸多优点而受到广泛关注。然而，对于水系锌离子电池中的负极材料金属锌，目前存在着诸多的问题限制着锌离子电池的实际应用，在电池的充放电过程中，锌电极上会伴随着了枝晶的生长和其他副反应（如腐蚀、钝化和析氢的发生），这些将会导致镀锌/剥离库仑效率低，锌电极的利用率低，其循环性能大大降低。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供一种用于抑制金属锌枝晶和副反应的金属锌涂覆铁电聚合物界面层的方法，本专利技术构建方法简单和成本较低，得到的界面层能够有效地抑制锌枝晶和副反应的发生，提高锌电极的循环稳定性、库伦效率以及利用率。
[0004]本专利技术的另一目的是提供上述金属锌涂覆铁电聚合物界面层的方法得到的铁电聚合物修饰的金属锌片。
[0005]本专利技术还有一个目是提供上述铁电聚合物修饰的金属锌片的应用，用于制作水系锌离子电池负极材料。
[0006]为解决本专利技术的技术问题采用如下技术方案：一种金属锌片涂覆铁电聚合物界面层的方法，包括以下工艺：S1、将铁电聚合物溶于有机溶剂中，搅拌完全溶解后形成均匀的铁电聚合物溶液；其中铁电聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
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三氟乙烯、聚氯三氟乙烯
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偏氟乙烯、聚（偏氟乙烯
‑
三氟乙烯
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三氟氯乙烯）、聚偏氟乙烯
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六氟丙烯、聚酰胺
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66或聚氨酯中的一种或几种；有机溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基甲酰胺、甲酸或苯酚中的一种；S2、将金属锌片浸泡在清洗液中进行除杂处理，除杂后烘干得到纯净金属锌片；S3、将步骤S1中所述的铁电聚合物溶液涂覆至步骤S2中所述的纯净金属锌片的一面；S4、在60
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150℃极化温度下烘干得到铁电聚合物修饰的金属锌片。
[0007]所述步骤S1中铁电聚合物与有机溶剂的比例为10
‑
600mg/mL。
[0008]所述步骤S2中烘干的温度为60
‑
100℃。
[0009]所述步骤S2中清洗液为水、乙醇、丙酮中的一种或几种。
[0010]所述步骤S3中涂覆为旋涂、刮涂、喷涂中的一种或几种。
[0011]所述步骤S4中烘干后的聚合物厚度为0.2
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80μm。
[0012]上述金属锌片涂覆铁电聚合物界面层的方法得到铁电聚合物修饰的金属锌片。
[0013]上述铁电聚合物修饰的金属锌片的应用，用于制作水系锌离子电池负极材料。
[0014]本专利技术制得的铁电聚合物修饰的金属锌片用于锌对称电池的方法：1.用切片机将纤维隔膜裁剪成圆形作为锌离子电池的隔膜；2.配置硫酸锌溶液作为对称电池的电解液；3.将制得的铁电聚合物修饰的金属锌片作为锌对称电池的正、负极材料；4.按顺序将修饰后的锌片、电解液、隔膜、电解液、修饰后的锌片、垫片（0.8mm）、弹片依次放入2032型号的正电池底壳中；5.盖上负极电池壳，用电池封口机将电池加压1.5Mpa密封。
[0015]本专利技术制得的铁电聚合物修饰的金属锌片用于锌
‑
锰电池的方法：1.将导电碳布裁剪成圆形作为锌
‑
锰电池正极材料的集流体；2.通过电化学沉积法在导电碳布上合成出二氧化锰作为锌
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锰电池的正极材料；3.将纤维隔膜裁剪成圆形作为锌
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锰电池的隔膜；4.配置硫酸锌和硫酸锰混合溶液作为锌
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锰电池的电解液；5.将制得铁电聚合物修饰的金属锌片作为锌
‑
锰电池的负极材料；6.按顺序将正极片、电解液、隔膜、电解液、负极片、垫片（0.8mm）、弹片依次放入2032型号的正电池底壳中；7.盖上负极电池壳，用电池封口机将电池加压1.5Mpa密封。
[0016]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：1.该方法工艺简单、成本较低，能够大规模化生产，具有良好的产业化前景；2.该方法使用铁电聚合物修饰金属锌片，铁电聚合物界面层能够与金属锌片紧密结合，因铁电聚合物具有固有的铁电性，能够有效地调节锌表面的电场梯度分布，减弱锌表面的电场强度，诱导锌离子均匀的沉积，有效地抑制了锌枝晶的生长；3.该方法涂覆的铁电聚合物界面层具有稳定的固
‑
液界面，能够阻隔水分子的进入而为锌离子提供传输路径，进而抑制析氢、腐蚀、钝化层等副反应的发生；4.该方法制得的铁电聚合物修饰的金属锌片可应用于锌离子电池负极材料，组装成对称电池显示出了良好的循环稳定性（在电流密度为0.5mA cm
‑2和容量密度为0.5mAh cm
‑2条件下，修饰后的对称电池可循环约900h），进一步组装成锌
‑
锰全电池可应用于汽车、便携式设备、大规模储能等领域。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例1制得的铁电聚合物修饰的金属锌片横截面扫描图；图2为本专利技术实施例1制得的铁电聚合物修饰的金属锌片和未修饰的金属锌片的XRD图；图3为本专利技术实施例1制得的铁电聚合物修饰的金属锌片和未修饰的金属锌片在锌
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锌对称电池中的循环稳定性对比图；
图4为本专利技术实施例1制得的铁电聚合物修饰的金属锌片和未修饰的金属锌负极在锌
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铜电池中的库伦效率对比图；图5为本专利技术实施例1制得的铁电聚合物修饰的金属锌片和未修饰的金属锌片组装成锌
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锰电池的循环稳定性对比图。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步地说明。
[0019]实施例1一种金属锌片涂覆铁电聚合物界面层的方法，包括以下工艺：S1、将聚偏氟乙烯（CAS号：24937
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79
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9）按35mg/mL的比例溶于10mL N
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甲基吡咯烷酮中，在磁子的搅拌下完全溶解后形成均匀的聚偏氟乙烯溶液；S2、将金属锌片分别浸泡至丙酮、酒精、去离子水中进行除杂处理，除杂后在烘箱内在60℃下烘干清洗剂得到纯净金属锌片；S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属锌片涂覆铁电聚合物界面层的方法，其特征在于包括以下工艺：S1、将铁电聚合物溶于有机溶剂中，搅拌完全溶解后形成均匀的铁电聚合物溶液；其中铁电聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
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三氟乙烯、聚氯三氟乙烯
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偏氟乙烯、聚（偏氟乙烯
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三氟乙烯
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三氟氯乙烯）、聚偏氟乙烯
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六氟丙烯、聚酰胺
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66或聚氨酯中的一种或几种；有机溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基甲酰胺、甲酸或苯酚中的一种；S2、将金属锌片浸泡在清洗液中进行除杂处理，除杂后烘干得到纯净金属锌片；S3、将步骤S1中所述的铁电聚合物溶液涂覆至步骤S2中所述的纯净金属锌片的一面；S4、在60
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150℃极化温度下烘干得到铁电聚合物修饰的金属锌片。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵智鹏，傅杰财，张亚雄，谢二庆，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：