一种聚合物人工SEI层溶液及其制备方法、修饰金属电极、水性金属电池技术

本发明专利技术提供了一种聚合物人工SEI层溶液及其制备方法、修饰金属电极、水性金属电池。本发明专利技术利用含氟单体与交联剂中的硅、锌、铝、硼元素能形成动态键，发生动态交联反应，得到含氟自愈合单离子单体聚合物人工SEI层溶液，将聚合物人工SEI层溶液涂覆在金属电极上，即形成聚合物人工SEI层，该人工SEI层能较好地迎合和抑制锌等金属在电镀/剥离过程中锌等金属枝晶的产生引起电极局部大的体积变化，解决锌等金属负极表界面稳定性差的问题；选择含氟分子结构，可以促使还原过程中人工SEI层参与电极表面原位SEI层的形成，生成含氟金属化合物，提高电极的表界面稳定性，从而提升金属电池的循环稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物人工SEI层溶液及其制备方法、修饰金属电极、水性金属电池


[0001]本专利技术涉及金属电池
，尤其涉及一种聚合物人工SEI层溶液及其制备方法、修饰金属电极、水性金属电池。

技术介绍

[0002]环保的水系二次金属电池，如水系锌金属电池，用锌金属作为负极和锌盐的水溶液作为电解质，不仅具有高的安全性、快速地充/放电能力、广泛的材料可取性以及低的成本等优点，而且锌金属具有高的质量理论比容量(820mAh g
‑1)，体积理论比容量(5855mAh cm
‑3)，锌金属低的氧化还原电位(
‑
0.76V vs.SHE)以及水系电解液独特的高离子电导率(>10mS cm
‑1)等优势，成为大规模储能设备的研究热点。遗憾的是，目前水系二次锌金属电池因锌金属负极存在的一些问题而尚未商业化，涉及到因锌枝晶生长、腐蚀、钝化等导致锌金属电极/电解液表界面稳定性差，而造成锌金属负极利用率低、电池库伦效率和循环性能差的问题。
[0003]聚合物人工固态电解质层(SEI)，因其具有弹性高、稳定性好、阻止枝晶生长等优势而被研究者广泛应用在金属电极表面，弥补电解液在还原过程中分解原位产生SEI层稳定性差的缺陷。一方面，设计具有弹性的聚合物人工SEI层能缓解或抑制金属负极在电镀/剥离过程中因产生巨大的体积膨胀导致SEI层的破裂，有效地阻止金属电极与电解液的直接接触而产生的副反应，从而提高金属负极的利用率。另一方面，在人工SEI层设计的过程中，选择含氟分子结构，可以促使还原过程中人工SEI层参与电极表面原位SEI层的形成，生成含氟金属化合物，提高电极的表界面稳定性，从而提升金属电池的循环稳定性。
[0004]目前报道的聚合物人工SEI层不能较好地迎合锌金属沉积引起电极表面局部大的体积变化和抑制金属枝晶的生长，不利于电池在大电流密度和沉积容量下的稳定循环。因此，有必要对现有的聚合物人工SEI层进行改进。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种聚合物人工SEI层溶液及其制备方法、修饰金属电极、水性金属电池，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种聚合物人工SEI层溶液，包括含氟单体、交联剂、有机溶剂、聚合物成膜剂；
[0007]其中，所述含氟单体包括部分氟取代的醇羟基封端的烷烃和/或全氟取代的醇羟基封端的烷烃；
[0008]所述交联剂包括含有硅、锌、铝、硼中至少一种元素的交联剂。
[0009]优选的是，所述的聚合物人工SEI层溶液，所述部分氟取代的醇羟基封端的烷烃包括四氟丙醇、六氟丁醇、4
‑
氟
‑1‑
丁醇、3,3
‑
二氟环丁醇中的至少一种；
[0010]和/或，所述全氟取代的醇羟基封端的烷烃包括八氟
‑
1,6
‑
己二醇、2,2
‑
二氟
‑
1,3
‑
丙二醇、2,2,3,3
‑
四氟
‑
1,4
‑
丁二醇、1H,1H,8H,8H
‑
全氟
‑
1,8
‑
辛烷二醇、1H,1H,9H,9H
‑
全氟
‑
1,9
‑
壬烷二醇、1H,1H,10H,10H
‑
全氟
‑
1,10
‑
癸烷二醇中的至少一种。
[0011]和/或，所述交联剂包括四氯化硅、氯化锌、四氢铝锂、四氢硼锂、硼氢化钠中的至少一种；
[0012]和/或，所述聚合物成膜剂包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇中的至少一种；
[0013]和/或，所述有机溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、乙二醇二甲醚、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0014]第二方面，本专利技术还提供了所述的聚合物人工SEI层溶液的制备方法，包括以下步骤：
[0015]在惰性气体下，将含氟单体分散于有机溶剂中，得到混合液；
[0016]向所述混合液中加入交联剂，搅拌，进行交联反应；
[0017]将交联反应后的混合液加入至聚合物成膜剂中，搅拌，即得聚合物人工SEI层溶液。
[0018]优选的是，所述的聚合物人工SEI层溶液的制备方法，向所述混合液中加入交联剂，搅拌的步骤中，搅拌温度为30～70℃。
[0019]优选的是，所述的聚合物人工SEI层溶液的制备方法，将交联反应后的混合液加入至聚合物成膜剂的步骤中，交联反应后的混合液与聚合物成膜剂的质量比为(4～9):1；
[0020]和/或，所述含氟单体、有机溶剂、交联剂的质量比为(0.6～0.8):(2000～3000):(5～15)；
[0021]和/或，所述交联反应后的混合液的浓度为50～250mg/ml；
[0022]和/或，所述惰性气体包括氩气、氦气、氮气中的至少一种；
[0023]和/或，将交联反应后的混合液加入至聚合物成膜剂中之前还包括，将交联反应后的混合液进行过滤。
[0024]第三方面，本专利技术还提供了一种修饰金属电极，所述修饰金属电极的制备方法包括以下步骤：
[0025]将所述的制备方法制备得到的聚合物人工SEI层溶液涂覆在金属电极上，即得修饰金属电极。
[0026]优选的是，所述的修饰金属电极，所述金属电极包括锂金属电极、钠金属电极、锌金属电极、铝金属电极中的任一种；
[0027]和/或，将5～20μL的聚合物人工SEI层溶液涂覆在金属电极上；
[0028]和/或，所述金属电极的直径为8～16mm。
[0029]第四方面，本专利技术还提供了一种所述的修饰金属电极作为负极在制备水性金属电池中的应用。
[0030]第五方面，本专利技术还提供了一种一种水性金属电池，包括负极，所述负极为所述的修饰金属电极。
[0031]优选的是，所述的水性金属电池，所述修饰金属电极为修饰锌金属电极；
[0032]所述水性金属电池还包括正极、隔膜和电解液；
[0033]优选的，所述正极包括二氧化锰、硫化钴镍、五氧化二钒、钒酸铵、钒酸钠中的任一
种；
[0034]优选的，所述隔膜包括PP隔膜、纤维素隔膜、玻璃纤维隔膜中的任一种；
[0035]优选的，所述电解液包括硫酸锌水溶液、氯化锌水溶液、三氟甲磺酸锌水溶液、高氯酸锌水溶液、六氟硅酸锌水溶液、双三氟甲磺酰亚胺锌水溶液中的任一种；
[0036]优选的，所述电解液的浓度为0.5～3mol/L。
[0037]本专利技术的一种聚合物人工SEI层溶液及其制备方法、修饰金属电极、水性金属电池现有技术具有以下有益效果：
[0038]1、本专利技术的聚合物人工SEI层溶液包括含氟单体、交联本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物人工SEI层溶液，其特征在于，包括含氟单体、交联剂、有机溶剂、聚合物成膜剂；其中，所述含氟单体包括部分氟取代的醇羟基封端的烷烃和/或全氟取代的醇羟基封端的烷烃；所述交联剂包括含有硅、锌、铝、硼中至少一种元素的交联剂。2.如权利要求1所述的聚合物人工SEI层溶液，其特征在于，所述部分氟取代的醇羟基封端的烷烃包括四氟丙醇、六氟丁醇、4
‑
氟
‑1‑
丁醇、3,3
‑
二氟环丁醇中的至少一种；和/或，所述全氟取代的醇羟基封端的烷烃包括八氟
‑
1,6
‑
己二醇、2,2
‑
二氟
‑
1,3
‑
丙二醇、2,2,3,3
‑
四氟
‑
1,4
‑
丁二醇、1H,1H,8H,8H
‑
全氟
‑
1,8
‑
辛烷二醇、1H,1H,9H,9H
‑
全氟
‑
1,9
‑
壬烷二醇、1H,1H,10H,10H
‑
全氟
‑
1,10
‑
癸烷二醇中的至少一种；和/或，所述交联剂包括四氯化硅、氯化锌、四氢铝锂、四氢硼锂、硼氢化钠中的至少一种；和/或，所述聚合物成膜剂包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇中的至少一种；和/或，所述有机溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、乙二醇二甲醚、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种。3.一种如权利要求1～2任一所述的聚合物人工SEI层溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在惰性气体下，将含氟单体分散于有机溶剂中，得到混合液；向所述混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩翠平，常彩云，李媞媞，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院深圳理工大学筹，
类型：发明
国别省市：