一种改性锌负极的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用技术

本发明专利技术属于水系锌离子电池技术领域，公开了一种改性锌负极的制备方法，即在锌箔表面负载一层锌

【技术实现步骤摘要】
一种改性锌负极的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用


[0001]本专利技术属于水系锌离子电池
，涉及一种改性锌负极的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]因为锂金属储量有限、价格昂贵、安全性较差等缺点，开发新型电池已经成为必然的趋势。锌金属电池具有理论容量高、氧化还原电位合适、锌金属自然储量丰富、对环境安全友好、锌金属价格相对便宜等优点，在储能领域具有广阔的前景。然而，锌离子电池的商业化应用仍然面临许多挑战，例如在锌负极的枝晶生长、析氢反应、腐蚀、钝化等。因此开发一种简单有效的改性锌负极，从而解决锌离子电池存在的一系列问题，显得颇为重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种改性锌负极的制备方法，该方法成本低廉、操作简单，可以抑制锌离子电池存在的一系列副反应，提高锌离子电池的电化学性能。
[0004]本专利技术是通过以下技术措施构成的技术方案实现的。
[0005]一种改性锌负极的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：配置透明质酸的水溶液，搅拌均匀待用；
[0007]步骤2：对锌片进行打磨处理，去除表面氧化层，然后用无水乙醇和水清洗，经干燥，得到预处理的锌片；
[0008]步骤3：将步骤2预处理的锌片浸泡在透明质酸的水溶液中进行表面改性；
[0009]步骤4：将步骤3浸泡后的锌片用水和乙醇清洗，经干燥，得到改性锌负极。
[0010]步骤1中，透明质酸的水溶液的浓度为0.1
‑
>20g/L，使用的水为去离子水、超纯水中的一种。
[0011]步骤2中，
[0012]打磨方法为：用500#、1500#、2000#和2500#的砂纸分别打磨锌片；
[0013]清洗方式为：使用无水乙醇和水依次对锌片表面进行超声清洗3～50分钟，超声功率为30～45W；
[0014]所述干燥为常压干燥或真空干燥，时间为2
‑
24小时。
[0015]步骤3中，浸泡在室温和常压下进行，时间为1
‑
48小时。
[0016]步骤4中，用水和乙醇清洗遍数为1
‑
5遍；所述干燥为常压干燥或真空干燥，时间为2
‑
24小时。
[0017]本专利技术制得的改性锌负极在水系锌离子电池中的应用，所述水系锌离子电池为水系锌离子对称纽扣电池或者水系锌离子纽扣全电池。
[0018]进一步地，改性锌负极制备水系锌离子对称纽扣电池时，步骤为：改性锌片作为正极和负极，与隔膜、电解液组装成水系锌离子对称纽扣电池，静置2
‑
24个小时。
[0019]进一步地，改性锌负极制备水系锌离子纽扣全电池时，步骤为：选取正极活性材料
与导电炭黑、粘结剂、溶剂混合制的浆料，并涂敷于集流体上，干燥后得到正极；将正极、隔膜、改性锌负极以及电解液组装成水系锌离子纽扣全电池。
[0020]其中，电解液的溶质均为ZnSO4、ZnCl2、Zn(CF3SO3)2中的至少一种，电解液的浓度均为1
‑
3mol/L，滴加在隔膜上电解液的用量均为20
‑
200微升。
[0021]其中，正极活性材料为锰基、钒基、普鲁士蓝中的一种；集流体为20
‑
200微米的钛箔。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]相对于现有技术，本专利技术创新性的在锌负极表面引入锌
‑
透明质酸复合物保护层。该复合物保护层中含有的亲锌基团能够限制锌离子的二维扩散，从而诱导锌离子的均匀沉积，减少枝晶的生长。一方面，该保护层可以占据析氢活性位点，抑制氢气的析出。另一方面，该保护层可以隔绝水与锌金属直接接触，从而减少水分子对锌负极的腐蚀。本专利技术所采用改性锌负极的制备工艺，操作简单，成本低廉，易于实现规模化生产。总之，本专利技术通过透明质酸保护层调节锌离子的沉积状态，从而得到了抗水腐蚀、无枝晶、长寿命的锌负极。
附图说明
[0024]图1为实施例1中打磨清洗过后的锌箔表面SEM图；
[0025]图2为实施例1中浸泡透明质酸后的改性锌箔SEM图；
[0026]图3为实施例1中未浸泡透明质酸的锌箔组成的锌//锌对称电池循环50圈后锌片表面的SEM图(电流密度为5mA cm
‑2)；
[0027]图4为实施例1中浸泡透明质酸的锌箔组成的锌//锌对称电池循环50圈后锌片表面的SEM图(电流密度为5mA cm
‑2)；
[0028]图5为实施例1中分别用未浸泡的锌片作为正极和负极以及改性锌片作为正极和负极的对称电池时间电压曲线图(电流密度为5mA cm
‑2)；
[0029]图6为实施例2中分别用未浸泡的锌片作为正极和负极以及改性锌片作为正极和负极的对称电池时间电压曲线图(电流密度为10mA cm
‑2)；
[0030]图7为实施例3中分别用未改性锌片和改性锌片作为负极的锌//五氧化二钒全电池循环稳定性测试。
[0031]具体实施方法
[0032]下面通过具体实施实例进一步说明本专利技术的实质性特点和显著的进步，但本专利技术绝非仅仅限于所述的实施例。
[0033]实施例1
[0034]步骤1：配置浓度为3.875g/L透明质酸水溶液，搅拌均匀待用；
[0035]步骤2：用500#、1000#、1500#、2000#和2500#的砂纸分别打磨锌片，然后分别用去离子水和无水乙醇清洗3次，清洗完成后进行干燥处理，得到预处理的锌片；如图1所示，锌片表面相对平整；
[0036]步骤3：将预处理的锌片浸泡在透明质酸的水溶液中1小时进行表面改性；
[0037]步骤4：用水和乙醇清洗步骤4浸泡过后的锌片，经干燥，得到改性锌片负极；如图2所示，与预处理的锌片表面情况几乎没有差异。
[0038]步骤5：分别选取预处理的锌片作为正极和负极或者选取改性锌片作为正极和负
极，与隔膜、100微升2mol/L硫酸锌电解液组装成水系锌离子对称电池，静置4个小时。
[0039]选择电流密度为5mA cm
‑2和容量密度为5mA h cm
‑2进行恒流充放电测试。如图5所示，用预处理的锌片组成的对称电池只循环了80h就发生短路。而用改性锌片组成的对称电池可以稳定循环3600h以上，循环寿命得到了明显的提升。
[0040]运行50次充放电循环后，分别取样检测，如图3所示，预处理的锌片运行50次充放电循环后表面发生不均匀的锌沉积，出现锌枝晶；如图4所示，改性锌片运行50次充放电循环后表面发生均匀的锌沉积，没有锌枝晶。
[0041]实施例2
[0042]步骤1：配置浓度为7.75g/L透明质酸水溶液，搅拌均匀待用；
[0043]步骤2：用500#、1000#、1500#、2000#和2500#的砂纸分别打磨锌片，然后分别用去离子水和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性锌负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：配置透明质酸的水溶液，搅拌均匀待用；步骤2：对锌片进行打磨处理，去除表面氧化层，然后用无水乙醇和水清洗，经干燥，得到预处理的锌片；步骤3：将步骤2预处理的锌片浸泡在透明质酸的水溶液中进行表面改性；步骤4：将步骤3浸泡后的锌片用水和乙醇清洗，经干燥，得到改性锌负极。2.如权利要求1所述的改性锌负极的制备方法，其特征在于，步骤1中，透明质酸的水溶液的浓度为0.1
‑
20g/L，使用的水为去离子水、超纯水中的一种。3.如权利要求1所述的改性锌负极的制备方法，其特征在于，步骤2中，打磨方法为：用500#、1500#、2000#和2500#的砂纸分别打磨锌片；清洗方式为：使用无水乙醇和水依次对锌片表面进行超声清洗3～50分钟，超声功率为30～45W；所述干燥为常压干燥或真空干燥，时间为2
‑
24小时。4.如权利要求1所述的改性锌负极的制备方法，其特征在于，步骤3中，浸泡在室温和常压下进行，时间为1
‑
48小时。5.如权利要求1所述的改性锌负极的制备方法，其特征在于，步骤4中，用水和乙醇清洗遍数为1
‑
5遍；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，李涛峰，闫苏霞，董红雨，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：