一种二维双氢氧化物锌负极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种二维双氢氧化物锌负极及其制备方法和应用，包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种二维双氢氧化物锌负极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锌离子电池
，特别涉及一种二维双氢氧化物锌负极及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]水系锌离子电池采用温和的水性电解液，具有高安全性
、
成本低和环境友好的优点受到了广泛的关注
。
水系锌离子电池具有以下优点：
(1)
由于使用不可燃水性电解质而具有本质安全性；
(2)
价格低廉，因为锌资源和水电解质便宜，制造工艺简单；
(3)
环境友好，不含有害有机成分和
Co/Ni
元素；
(4)
适当的氧化还原电位作为正负极：
(5)
可接受的能量密度，由于锌金属的大理论比容量
(
约
820mAh
·
g
‑1和
5851mAh
·
cm
‑3)
；
(6)
由于水系电解液的高离子电导率和活性物质内相对较快的
Zn
2+
离子传输动力学，产生较大的功率密度
。
但在水系锌离子电池循环的过程中，金属锌负极也存在一些严重的枝晶
、
不可逆副产物
、
析氢和负极锌金属腐蚀等问题，最终导致电池的库仑效率低和循环性能差
。
同时，锌箔表面不可避免地存在许多原生突起，由于电场分布不均匀，这些突起会促进严重的枝晶生长，形成的枝晶可能刺穿隔膜引发短路问题
。
此外，枝晶的形成还伴随着副反应，导致
Zn
负极钝化和电池膨胀问题，最终导致电池失效
。
[0003]为了抑制锌负极表面枝晶生长问题，研究人员往往会通过保护锌负极的方式提升电池的性能
。
目前报道的锌负极保护的方法包括：电解液优化
、
隔膜改性和负极结构设计
。
其中表面改性作为一种简单
、
低成本和环保的策略更适合于防止枝晶生长和副反应
。
中国专利
CN111933912A
公开了一种具有锌离子电导性界面修饰层的锌负极，其由自发反应方式在金属锌负极表面处形成具备锌离子导电性界面修饰层
Zn
x
M
，
Zn
x
M
界面修饰层用于对金属锌负极进行保护，以能有效抑制锌枝晶的生长，
M
为具有较大层间距的层状结构材料，包括以下材料的一种或多种：钒基材料及其水合物
、
锰基材料
、
层状双金属氢氧化物及其水合物
、Chevrel
相化合物
、
普鲁士蓝类化合物和
MXene
类材料
。
层状双金属氢氧化物及其水合物化学组成通式为
[M
z+1
‑
x
M
3+x
(OH)2]b+
[A
n
‑
b/n
]·
mH2O
，其中，
M
代表金属元素，
M
＝
Ca、Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Li
或
/
和
Al
，
A
表示层间阴离子，
A
＝
Cl
‑
、Br
‑
、NO3‑
、CO
32
‑
、SO
42
‑
和
/
或
SeO
42
‑
，
b
＝
x
或
2x
‑1，
z
＝2或1，
0.2≤x≤1
，
0.5≤m≤4。
该专利中的界面修饰层具备锌离子电导性，因此可以提高锌离子在锌负极界面处的传输，均匀离子沉积，从而有效抑制锌枝晶的生长，提高电池的循环寿命，循环寿命提升了数十倍以上
。
然而，被界面修饰的负极材料所组装的水系锌离子电池在高电流密度下，具有较低的循环稳定性
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种二维双氢氧化物锌负极及其制备方法和应用，本专利技术采用旋涂的方法在锌负极表面合成一种二维双氢氧化物涂层的负极材料，涂层的二维结构增大表面积，不仅增大了电解液的表面润湿性，还降低了锌负极的界面阻力，改善了反应动力学
。
另外，含有丰富金属位的双氢氧化物可以增加锌离子沉
积的活性位，提供均匀的
Zn
2+
通量，避免
Zn
2+
的积累，能够抑制枝晶的生长，帮助锌离子均匀沉积在锌负极表面，使水系锌离子电池具有优异的电化学性能
。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：一种二维双氢氧化物锌负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006]A、
将可溶性锌盐和可溶性锡盐混合加入到碳酸钠溶液中，调节
PH
至碱性，静置沉淀；
[0007]B、
过滤分离取沉淀，洗涤沉淀后干燥得金属氢氧化物粉末；
[0008]C、
将金属氢氧化物粉末和粘结剂在溶剂中混合，搅拌至分散均匀，得涂覆液；
[0009]D、
将涂覆液旋涂在锌箔表面，在
70℃
烘箱内干燥剪切即得
。
[0010]进一步，所述可溶性锌盐选自氯化锌
、
氯化锌的水合物
、
乙酸锌
、
乙酸锌的水合物
、
硝酸锌
、
硝酸锌的水合物
、
硫酸锌
、
硫酸锌的水合物中的一种或多种
。
[0011]进一步，所述可溶性锡盐选自氯化锡
、
氯化锡的水合物
、
乙酸锡
、
乙酸锡的水合物
、
硝酸锡
、
硝酸锡的水合物
、
硫酸锡
、
硫酸锡的水合物中的一种或多种
。
锡的引入提高了析氢能垒，抑制了析氢副反应，降低了锌的成核能垒，有利于锌离子沉积
。
[0012]进一步，可溶性锌盐和可溶性锡盐的质量比为4‑
6:4
‑6，例如可以是
4:6、5:5、6:4
等
。
锡盐的掺量不宜过多和过少，过多或过少都会有不必要的杂质产生，使纯双氢氧化物含量减少
。
[0013]进一步，在步骤
A
中，
pH
值调节至8‑
11。
[0014]进一步，粘结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种二维双氢氧化物锌负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、
将可溶性锌盐和可溶性锡盐混合加入到碳酸钠溶液中，调节
PH
至碱性，静置沉淀；
B、
过滤分离取沉淀，洗涤沉淀后干燥得金属氢氧化物粉末；
C、
将金属氢氧化物粉末和粘结剂在溶剂中混合，搅拌至分散均匀，得涂覆液；
D、
将涂覆液旋涂在锌箔表面，烘干剪切即得
。2.
如权利要求1所述的二维双氢氧化物锌负极的制备方法，其特征在于，所述可溶性锌盐选自氯化锌
、
氯化锌的水合物
、
乙酸锌
、
乙酸锌的水合物
、
硝酸锌
、
硝酸锌的水合物
、
硫酸锌
、
硫酸锌的水合物中的一种或多种
。3.
如权利要求1所述的二维双氢氧化物锌负极的制备方法，其特征在于，所述可溶性锡盐选自氯化锡
、
氯化锡的水合物
、
乙酸锡
、
乙酸锡的水合物
、
硝酸锡
、
硝酸锡的水合物
、
硫酸锡
、
硫酸锡的水合物中的一种或多种
。4.
如权利要求1‑3任一所述的二维双氢氧化物锌负极的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丹，孟岩弘，陈鸿明，刘焕明，
申请(专利权)人：北京科技大学顺德创新学院，
类型：发明
国别省市：