一种水系锌离子电池用锌负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种水系锌离子电池用锌负极材料，所述锌负极材料为在锌电极材料上负载

【技术实现步骤摘要】
一种水系锌离子电池用锌负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锌电池
，尤其涉及一种水系锌离子电池用锌负极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池
(LIB)
由于其可逆循环特性和高能量密度，已被广泛应用于电动汽车和移动电子设备的供电
。
然而，由于有毒和有害物质，锂离子电池
(LIBs)
的易聚合有机电解液
、
电极材料资源的不足以及成本的增加，限制了其在大规模储能中的应用
。
因此，锌离子电池
(ZIB)
因其无毒的水电解质和大量丰富的电极材料而逐渐受到广泛关注，被认为是
LIB
的理想替代品，以满足低成本和高安全要求
。
[0003]金属锌是一种储量丰富的二价金属，具有
819mAh/g,5881mAh/mL)
，低电化学电位
(
‑
0.762V vs.SHE)
，以及固有的安全性，在许多锌基电池系统中被大量用作负极材料，包括
Zn//Ni、Zn//Ag、Zn//Air、Zn//MnO
X
、
和
Zn//VO
X
电池
。
过去，人们为了探索和改善
ZIB
正极材料的电化学性能进行了大量的研究，然而，在电池休眠和循环过程中，金属锌电极在水溶液电解质中的不稳定性，导致锌负极腐蚀，树枝状不均匀和
/r/>或死锌，是一个不可避免和迫切需要解决的问题
。
与锂负极相似，金属锌是一种无主负极，直接镀
/
带载电荷的负离子在电镀过程中，锌离子首先接受电子成核，然后沉积在负极表面的活性部位在此过程中，由于“尖端效应”，很容易在二维平面负极上引起不均匀的
Zn
沉积，导致局部枝晶或突起的形成
。
局部的不均匀性加速了化学腐蚀，使更多无序的
Zn
枝晶脱离基片材料，落入电解质中，导致电池容量迅速衰减而失效，甚至导致
ZIB
短路
。
[0004]中国专利文献
CN114243019A
公开了一种表面具有双修饰层的锌负极材料，通过在锌箔表面修饰单质铋和氧化铋双修饰层，以解决上述水系锌离子电池负极存在的枝晶
、
析氢和腐蚀等问题
。
然而，在锌箔表面得到单质铋和氧化铋双修饰层的工艺较复杂，不利于规模化生产
。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种应用在水系锌离子电池中的具有优秀稳定性
、
高导电性
、
高循环性能的锌负极材料及其制备方法，以制备一种工艺简单可行的
、
能够实现
AZIBs
稳定锌负极长循环性的负极材料
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一个方面，本专利技术提供了一种水系锌离子电池用锌负极材料，所述锌负极材料为在锌电极材料上负载
Te
和
Zn
的
ZnTe@Zn
负极材料
。
[0008]较佳地，所述锌电极材料为锌片
、
锌箔或多孔锌
。
[0009]较佳地，所述
ZnTe@Zn
负极材料中的
ZnTe
材料为一维纳米结构材料，包括纳米线
、
纳米棒
、
纳米管和纳米片结构材料，优选为纳米片结构材料，所述纳米片结构的片层厚度为
3nm
～
100nm
，片层直径为
20nm
～2μ
m。
[0010]较佳地，所述锌负极材料在电流密度为
0.2
～
10mA/cm2、
容量为
0.2
～
10mAh/cm2测试条件下，循环寿命为
100
～
3000
圈
。
[0011]第二个方面，本专利技术还提供一种如上所述的水系锌离子电池用锌负极材料的制备方法，采用电化学沉积法，以
Zn
作为基底，在一定电压和温度条件下在具有
Zn
源和
Te
源的电解液中电化学沉积
ZnTe
材料，将制备的
ZnTe@Zn
材料在惰性气氛下高温处理，最终获得
ZnTe@Zn
负极材料
。
[0012]较佳地，所述电解液为
Zn
源和
Te
源以一定比例浓度配制的水性电解液，所述
Zn
源为
ZnSO4、ZnCl2或它们的混合物，所述
Te
源为
ZnTeO2、NaZnTeO3或它们的混合物；在所述电解液中，摩尔比
Zn:Te
＝
1:1
～
99:1
，电解液的
pH
值为1～
11。
[0013]较佳地，所述电解液中摩尔比
Zn:Te
＝
1:1
～
10:1。
[0014]在本专利技术中，采用
Zn
源和
Te
源以一定比例浓度配制的水性电解液作为电解液，此电解液可以灵活的配比，有利于
ZnTe
的沉积
。
[0015]较佳地，所述电沉积的沉积电压为
‑
1.1
～
‑
0.8V
，沉积温度为0～
95℃
，沉积时间为
30s
～
300min。
[0016]较佳地，在保护气氛为
N2、Ar
或它们的混合气氛中，高温处理温度为
100
～
400℃
，高温处理时间为
30
～
600min
，所述保护气氛的气体流量为
50
～
500sccm(
毫升
/
分钟
)。
[0017]在本专利技术中，通过在锌电极材料上负载
Te
和
Zn
材料进行界面修饰，以及进行电解液改性，实现
AZIBs
稳定锌负极长循环性
。ZnTe
层可以将锌基底与硫酸锌电解液物理隔绝，防止锌片腐蚀，减少锌离子的溶剂化效应，抑制枝晶生长
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0019]本专利技术涉及一种应用在水系锌离子电池中的具有优秀稳定性
、
高导电性
、
高循环性能的
ZnTe@Zn
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水系锌离子电池用锌负极材料，其特征在于，所述锌负极材料为在锌电极材料上负载
Te
和
Zn
的
ZnTe@Zn
负极材料
。2.
根据权利要求1所述的水系锌离子电池用锌负极材料，其特征在于，所述锌电极材料为锌片
、
锌箔或多孔锌
。3.
根据权利要求1或2所述的水系锌离子电池用锌负极材料，其特征在于，所述
ZnTe@Zn
负极材料中的
ZnTe
材料为一维纳米结构材料，包括纳米线
、
纳米棒
、
纳米管和纳米片结构材料，优选为纳米片结构材料，所述纳米片结构的片层厚度为
3nm
～
100nm
，片层直径为
20nm
～2μ
m。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的水系锌离子电池用锌负极材料，其特征在于，所述锌负极材料在电流密度为
0.2
～
10mA/cm2、
容量为
0.2
～
10mAh/cm2测试条件下，循环寿命为
100
～
3000
圈
。5.
一种如权利要求1‑4中任一项所述的水系锌离子电池用锌负极材料的制备方法，其特征在于，采用电化学沉积法，以
Zn
作为基底，在一定电压和温度条件下在具有
Zn
源和
Te
源的电解液中电化学沉积
ZnTe
材料，将制备的
ZnTe@Zn
材料在惰性气氛...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄富强，毕辉，刘宁，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：