一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料及其制备方法技术

技术编号：40017669 阅读：10 留言：0更新日期：2024-01-16 16:15

本发明专利技术属于锌离子电池技术领域，具体涉及一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料及其制备方法。本发明专利技术采用钛酸钡纳米线涂层作为锌负极界面保护层，利用其构建的3D互连多孔结构不仅能有效促进Zn<supgt;2+</supgt;均匀成核和沉积以抑制锌枝晶形成，还可利用压电效应和多孔结构降低沉积/剥离过程中结构应力、缓解体积膨胀、增强结构稳定性。该负极材料制备工艺简单、绿色环保，其应用于水系锌离子电池时表现出优异的电化学性能，在水系锌离子电池领域具有良好的应用前景。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锌离子电池，涉及一种基于钛酸钡纳米线的锌负极界面保护层制备方法及应用，具体涉及一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

1、随着社会不断发展，高安全、稳定、低成本、环境友好型电化学储能系统受到人们越来越多关注。可充电水系锌离子电池因其固有安全性、高能量密度、环境友好和低成本等优点，具有潜在应用前景。然而，与其他金属负极材料一样，锌金属负极在循环过程中也会受到不规则形态演变、表面“粉化”和“死锌”形成等问题困扰；尤其在高倍率服役条件下，锌金属负极可逆性会严重降低。不规则形态演变等问题可能会引发包括电池短路、循环寿命缩短、库仑效率降低以及安全隐患等严重问题，从而严重阻碍水系锌离子电池大规模应用。

2、为解决这些问题，研究人员提出界面修饰、3d锌结构设计、电极合金化和电解质优化等策略以抑制析氢腐蚀、促使锌均匀沉积，提高锌负极稳定性。其中，界面修饰不仅可以有效缓解界面析氢腐蚀，而且能通过调控界面锌离子流以抑制锌枝晶生长。然而，长期循环过程中(尤其是在高电流密度下)，由于锌金属阳极体积剧烈变化，界面保护层难以抑制裂纹产生，从而使其保护功能失效。因此，构建高效锌负极界面保护层成为研制高性能水系锌离子电池亟需解决的难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术基于目前锌负极界面修饰存在的问题而提供一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料及其制备方法，以解决锌负极在电池循环过程中出现锌枝晶生长、缓解析氢腐蚀以及锌负极表面涂层易脱落等问题。</p>

2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：

3、本专利技术的第一技术目的是提供一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

4、1)制作锌负极：用2000目砂纸将商业锌箔正反面各打磨4次以去除锌箔表面钝化层，然后将打磨抛光后的锌箔置于水和乙醇混合溶液中超声清洗，得到表面干净、铮亮的锌片；用扣式电池切片机将洗净的锌箔裁剪成直径为10-16mm的圆片待用；

5、2)制备钛酸钡纳米线-聚合物复合浆料：将高分子聚合物溶于有机溶剂中，搅拌得到高分子聚合物溶液；将钛酸钡纳米线与所述聚合物溶液混合、搅拌得到钛酸钡纳米线-聚合物复合浆料；

6、3)制备钛酸钡纳米线涂层修饰的锌负极：将步骤2)制备的钛酸钡纳米线-聚合物复合浆料涂敷在步骤1)锌负极上，经真空干燥，制得钛酸钡纳米线涂层，即所述的基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料。

7、可选地，所述商业锌箔为99.99％的高纯锌箔，厚度为0.03mm～0.1mm。

8、进一步地，所述的水和乙醇混合溶液为水和乙醇按体积比为(1～5):1组成的混合物。

9、可选地，所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯和聚偏三氟乙烯共聚物(p(vdf-trfe)中一种或多种混合，所述有机溶剂为n-二甲基吡咯烷酮(nmp)、n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中一种或多种混合，所述钛酸钡纳米线长径比为3～50。

10、进一步地，步骤2)中，所述的搅拌转速为300～800r/min，搅拌时间为3～8h。

11、可选地，步骤3)中，所述的真空干燥温度为40℃～100℃，真空干燥时间为10h～20h。

12、本专利技术的第二技术目的是提供上述方法制备的基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料，所述水系锌离子电池负极材料的厚度为0.005mm～0.02mm。

13、与现有技术相比，本专利技术的有效效果为：

14、(1)钛酸钡纳米线涂层表面具有平整的3d互连多孔结构，其在2m znso4溶液中浸泡14天未见脱落，表现良好的稳定性。

15、(2)本专利技术以钛酸钡纳米线涂层作为锌负极可形成均匀电场、实现锌离子在锌负极表面均匀分布，能有效抑制锌枝晶的生长。相应地，其对称电池在1macm-2、1mahcm-2下可稳定循环3000h，容量仍剩余～43％；其与nvo组成全电池在4ag-1下初始容量为239.65mahg-1，循环2000h后容量仍保持～54％。

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【技术保护点】

1.一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述商业锌箔为99.99％的高纯锌箔，厚度为0.03mm～0.1mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述的水和乙醇混合溶液为水和乙醇按体积比为(1～5):1组成的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯和聚偏三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE)中一种或多种混合，所述有机溶剂为N-二甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中一种或多种混合，所述钛酸钡纳米线长径比为3～50。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的搅拌转速为300～800r/min，搅拌时间为3～8h。

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【技术特征摘要】

1.一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种基于钛酸钡纳米线的水系锌离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯和聚偏三氟乙烯共聚物(p(vdf-tr...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景基，马静文，傅博，宗泉，杜汇伟，王疆瑛，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：

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