一种长循环锌离子电池负极β-PVDF涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及锌离子电池材料技术领域，具体涉及一种长循环锌离子电池负极β

【技术实现步骤摘要】
一种长循环锌离子电池负极
β
‑
PVDF涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及锌离子电池材料
，具体涉及一种长循环锌离子电池负极β
‑
PVDF涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]当今经济与科技迅猛进步，社会对于可利用能源的依赖也与日俱增。天然气、煤和石油等传统的一次能源储量逐渐枯竭，并且化石燃料的直接燃烧导致温室效应加深，环境问题凸显。因此，太阳能、风能、地热能和潮汐能等新型能源体系引起了人们的广泛研究。然而，这些新能源与化石能源相比，具有较大的波动性和不能持续发电的弊端，限制了其大规模、长时间的使用。因此，开发高效的储能系统是解决新能源应用和人类社会发展的需要。开发理想的大型储能系统最基本的标准是低成本、高可靠性、良好的安全性、环境友好性、高效率、长循环寿命以及高能量密度。
[0003]锂离子电池自商业化发展以来一直受到人们的关注，由于其能量密度高、循环寿命长，在近30年的二次电池应用中占据主导地位。然而，锂离子电池使用易燃性有机电解质存在环境污染和安全性差等严重问题，并且锂的供应严重短缺。因此，水系锌离子电池凭借成本效益、环境友好性、安全性和具有竞争力的能量密度，成为未来大规模电能存储应用的有力竞争者。尽管锌金属负极具有巨大的潜力，但由于枝晶形成和沉积/剥离库仑效率不足，其可再充性较差，在一定程度上阻碍了实际的大规模应用。由于锌具有很高的机械性能，其杨氏模量远远高于锂和钠，这就意味着锌枝晶一旦大规模形成，可以很容易地穿透隔膜成长，导致电池失效。锌负极的枝晶形成、低沉积/剥离库伦效率和较差的循环稳定性仍然是锌负极使用的障碍。
[0004]因此，优化锌负极的材料和结构设计是非常关键的。近些年来随着纳米材料领域相关技术的不断突破，研究人员提出了许多新的方法来抑制锌枝晶的生长，以期望稳定金属锌负极，提高活性锌的可逆使用效率，进一步改善电池长周期循环寿命，从而获得高效、安全的高能量密度储能系统。构建无枝晶和高度稳定的锌负极体系，开发一种既安全又高效的金属锌负极，使在其工作过程中保持稳定，将会对构建新的储能系统具有重大的意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种负极具有β
‑
PVDF涂层的锌离子电池及制备方法，通过直写式3D打印时产生的剪切力来改变PVDF的相位，使其晶相从α相转变到β相，从而具有更高的介电性能，保证锌离子在β
‑
PVDF涂层表面均匀沉积，从而使得锌离子电池具备长循环寿命。
[0006]一种长循环锌离子电池负极β
‑
PVDF涂层的制备方法，所述制备方法具体为：将经过打磨处理的锌金属薄片清洗干净并干燥备用，然后将聚偏氟乙烯加入到N
‑
甲基吡咯烷酮有机溶剂中搅拌均匀得到混合液，向混合液中加入丙酮并混合均匀得到微黄色的墨水；再将墨水通过3D打印技术打印在锌金属薄片表面构筑β
‑
PVDF涂层，最后将构筑有β
‑
PVDF涂层
的锌金属薄片烘干即可获得长循环二次锌电池负极β
‑
PVDF涂层；
[0007]其中聚偏氟乙烯的型号为：PVDF
‑
SOLEF5130，N
‑
甲基吡咯烷酮的浓度为：99.5％，聚偏氟乙烯和N
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甲基吡咯烷酮的最佳添加比为：0.12：1。
[0008]优选地，所述锌金属薄片的尺寸为直径为1cm，厚度为0.05mm。
[0009]优选地，所述锌金属薄片打磨时依次采用2000目、5000目和8000目的砂纸抛光打磨，以去除锌金属表面的氧化层。
[0010]优选地，所述经过打磨处理的锌金属薄片依次采用去离子水、无水乙醇、丙酮溶液进行超声清洗以去除锌箔表面的油渍和杂质；其中无水乙醇的浓度为99.5％，丙酮溶液的浓度为99.5％。
[0011]优选地，向混合溶液中加入的丙酮溶液的质量分数为10％；所述混合溶液和丙酮溶液的添加比为：丙酮含量为N
‑
甲基吡咯烷酮溶液质量的10％。
[0012]优选地，所述3D打印技术采用直写式3D打印机，直写式3D打印机选用的针头内径为0.15mm，所设置的压力值为6.5bar，打印时的移动速度为5mm/s。
[0013]优选地，所述直写式3D打印机打印出的β
‑
PVDF涂层的厚度为0.1～0.5mm。
[0014]优选地，所述构筑有β
‑
PVDF涂层的锌金属薄片的干燥条件为：真空条件，干燥温度为：40℃，干燥时间为：12h。
[0015]优选地，一种长循环电池包括上述方法制备的附着有β
‑
PVDF涂层的锌离子电池负极。
[0016]优选地，所述的长循环电池能够用于人工耳蜗、智能手表、电动汽车领域。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]本专利技术所公开的β
‑
PVDF涂层改性的锌负极，将PVDF聚合物制成的墨水通过直写式3D打印的方式涂覆在锌箔表面来保护锌负极。PVDF涂层保护的锌负极凭借良好的机械韧性以及β
‑
PVDF的介电性能提高，在充放电过程中能够提高锌负极的耐腐蚀性、抑制析氢腐蚀等副反应的发生，从而提高对锌离子在沉积/剥离时的调控能力，减少了锌枝晶的产生，大大提高锌离子电池的循环充放电的时间，使得其在同样的电流密度下寿命远远超过未保护的锌负极。与此同时，此方法可以推广到很多其他相类似的聚合物涂层保护锌负极上，其制备方法简单、可大规模生产。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0020]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0021]图1为本专利技术直写式3D打印β
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PVDF涂层锌箔前后的XRD图；
[0022]图2为本专利技术直写式3D打印β
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PVDF涂层锌箔前后的SEM图；
[0023]图3为本专利技术直写式3D打印β
‑
PVDF涂层锌箔前后对称电池在1mAcm
‑2、1mAhcm
‑2下的循环性能图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例1
[0026]下面通过具体的实施方式对本专利技术做进一步的详细说明：
[0027]聚合物涂层改性锌负极的制备方法，包括以下步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长循环锌离子电池负极β
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PVDF涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为：将经过打磨处理的锌金属薄片清洗干净并干燥备用，然后将聚偏氟乙烯加入到N
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甲基吡咯烷酮有机溶剂中搅拌均匀得到混合液，向混合液中加入丙酮并混合均匀得到微黄色的墨水；再将墨水通过3D打印技术打印在锌金属薄片表面构筑β
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PVDF涂层，最后将构筑有β
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PVDF涂层的锌金属薄片烘干即可获得长循环二次锌电池负极β
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PVDF涂层；其中聚偏氟乙烯的型号为：PVDF
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SOLEF 5130，N
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甲基吡咯烷酮的浓度为：99.5％，聚偏氟乙烯和N
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甲基吡咯烷酮的最佳添加比为：0.12：1。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌金属薄片的尺寸为直径为1cm，厚度为0.05mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌金属薄片打磨时依次采用2000目、5000目和8000目的砂纸抛光打磨，以去除锌金属表面的氧化层。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述经过打磨处理的锌金...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国银，张宏程，鲁景琪，侯亚楠，刘品，张一洲，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：