一种负极极片及其制备方法、电池和用电装置制造方法及图纸

本申请公开一种负极极片及其制备方法、电池和用电装置。制备方法包括：将金属氢氧化物、尿素和去离子水混合得到碱性溶液；将壳膜组织加入碱性溶液中，混合得到保护层溶液；将保护层溶液涂覆于锌负极的至少一表面，烘干并洗涤后得到负极极片。本申请通过在锌负极表面涂覆保护层，从而对锌负极进行改性，达到抑制枝晶生长、稳定电池循环、提升电池性能的目的。提升电池性能的目的。提升电池性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片及其制备方法、电池和用电装置


[0001]本申请涉及新能源
，具体涉及一种负极极片及其制备方法、电池和用电装置。

技术介绍

[0002]水性锌离子电池得益于锌金属的丰富储量和水性电解质的高安全性，已成为储能最具吸引力的候选电池之一。其中锌基电池与其他金属负极相比，锌具有更高的理论容量和最低的氧化还原电位。但是作为负极的锌电极在不断的溶解/沉积过程中极易形成枝晶，并且随着循环次数增加，沉积的锌会选择性生长于枝晶处，最终导致刺穿隔膜造成短路或者剥落失活，大大降低循环寿命，严重制约了锌离子电池的进一步发展，因此锌负极的优化对提升锌离子电池性能具有重要意义。
[0003]目前，为了解决这个问题已做出了许多改进。例如，添加电解质添加剂(十二烷基硫酸钠(SDS)，聚乙二醇，磷酸乙酯(TEP)，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，硫脲和聚丙烯酰胺(PAM))已被证明对提高锌负极的稳定性具有积极作用。此外，已证明在锌负极上涂上保护层是一种有效的措施。例如涂覆具有纳米孔的碳酸钙涂料形成的涂层、在锌片表面沉积片层状的氧化石墨烯层、通过原子层沉积法在锌片表面沉积TiO2涂层等，这些保护层在一定程度上降低了枝晶选择性生长的可能性。
[0004]然而，电解质添加剂是以牺牲水性锌离子电池的低成本和安全性的内在优势作为代价，而在锌负极上形成保护层的其中一些方法比如原子层沉积过于昂贵和精确，并不能够应用于大规模工业生产。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种负极极片及其制备方法、电池和用电装置，改善了目前锌负极易形成枝晶的问题。
[0006]根据本申请第一方面提供的负极极片的制备方法，包括：
[0007]将金属氢氧化物、尿素和去离子水混合得到碱性溶液；
[0008]将壳膜组织加入碱性溶液中，混合得到保护层溶液；
[0009]将保护层溶液涂覆于锌负极的至少一表面，烘干并洗涤后得到负极极片。
[0010]可选的，在本申请的其它实施例中，壳膜组织包括来源于蛋壳的壳膜组织。
[0011]可选的，在本申请的其它实施例中，金属氢氧化物包括氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化锰、氢氧化钙、氢氧化铁或氢氧化钾中的至少一种。
[0012]可选的，在本申请的其它实施例中，金属氢氧化物、尿素和去离子水的质量比为(10～16)：(6～8)：(76～84)。
[0013]可选的，在本申请的其它实施例中，金属氢氧化物包括第一金属氢氧化物和第二金属氢氧化物，第一金属氢氧化物和第二金属氢氧化物包括氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化锰、氢氧化钙、氢氧化铁或氢氧化钾中的任意两种，第一金属氢氧化物、第二金属氢氧化物、
尿素和去离子水的质量比为(5～8)：(5～8)：(6～8)：(76～84)。
[0014]可选的，在本申请的其它实施例中，壳膜组织与碱性溶液的质量百分比为3％wt～12％wt。
[0015]可选的，在本申请的其它实施例中，负极极片的制备方法还包括：在得到保护层溶液后，将保护层溶液冻存，解冻并去除液体上部的气泡。
[0016]根据本申请第二方面提供的负极极片，负极极片采用上述的制备方法制备，负极极片包括锌负极及设置于锌负极的至少一表面上的保护层。
[0017]可选的，在本申请的其它实施例中，保护层具有极性肽链，保护层的厚度为5μm～20μm。
[0018]根据本申请第三方面提供的电池，包括上述的负极极片或上述的制备方法所制得的负极极片。
[0019]根据本申请第四方面提供的用电装置，包括上述电池。
[0020]根据本申请实施例的负极极片的制备方法，至少具有如下技术效果：
[0021]1)通过在锌负极表面涂覆由壳膜组织形成的保护层，保护层使得锌负极与电解液之间保持更好的浸润性，并且保护层中丰富的极性肽链能够在锌负极表面起到吸附作用，调控锌离子的表面扩散，从而抑制锌枝晶的生长；
[0022]2)本申请通过在锌负极表面涂覆保护层制备负极极片，制备方法简单；保护层的主料来自于生活厨余垃圾壳膜组织，原材料易得，成本低廉且对环境友好度高。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本申请提供的负极极片的制备方法流程图；
[0025]图2是本申请的锌离子成核示意图；
[0026]图3是本申请提供的保护层工作原理示意图；
[0027]图4是本申请实施例1提供的涂覆保护层的锌负极的傅氏转换红外线光谱测试图；
[0028]图5是本申请对比例1提供的电解液对锌负极的接触角测试结果图；
[0029]图6是本申请实施例1提供的电解液对涂覆保护层的锌负极的接触角测试结果图；
[0030]图7是本申请对比例1提供的锌负极浸泡在2M ZnSO4电解质中15天后的SEM图；
[0031]图8是本申请实施例1提供的涂覆保护层的锌负极浸泡在2M ZnSO4电解质中15天后的SEM图；
[0032]图9是本申请对比例1提供的锌对称电池在2M ZnSO4体系中以1mA cm
‑2的电流密度和1mAh cm
‑2的面积容量进行充恒流充放电测试循环100h后的锌金属电极表面图；
[0033]图10是本申请实施例1提供的ESM@Zn对称电池在2M ZnSO4体系中以1mA cm
‑2的电流密度和1mAh cm
‑2的面积容量进行充恒流充放电测试循环100h后的锌金属电极表面图；
[0034]图11是本申请实施例1和对比例1提供的对称电池以1mA cm
‑2的电流密度和1mAh cm
‑2的面积容量进行恒流充放电测试得到的沉积/剥离电压曲线图；
[0035]图12是本申请实施例1和对比例1提供的全电池在电流密度为2A g
‑1下的循环测试图；
[0036]图13是本申请实施例1和对比例1提供的全电池在不同电流密度下的倍率性能图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0038]本说明书中，使用“～”来显示的数值范围，表示包含以在“～”前后记载的数值分别作为最小值和最大值的范围。
[0039]本申请实施例提供一种负极极片及其制备方法、电池和用电装置。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
[0040]本申请第一方面提供一种负极极片的制备方法，如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极极片的制备方法，其特征在于，包括：将金属氢氧化物、尿素和去离子水混合得到碱性溶液；将壳膜组织加入所述碱性溶液中，混合得到保护层溶液；将所述保护层溶液涂覆于锌负极的至少一表面，烘干并洗涤后得到所述负极极片。2.根据权利要求1所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述壳膜组织包括来源于蛋壳的壳膜组织。3.根据权利要求1所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述金属氢氧化物包括氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化锰、氢氧化钙、氢氧化铁或氢氧化钾中的至少一种；和/或，所述金属氢氧化物、所述尿素和所述去离子水的质量比为(10～16)：(6～8)：(76～84)。4.根据权利要求1所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述金属氢氧化物包括第一金属氢氧化物和第二金属氢氧化物，所述第一金属氢氧化物和所述第二金属氢氧化物包括氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化锰、氢氧化钙、氢氧化铁或氢氧化钾中的任意两种，所述第一金属氢氧化物、所述第二金...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁野，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：