【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源材料与电化学领域，涉及一种锌离子电池阳极界面工程处理，尤其是涉及一种抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法。
技术介绍
1、具有锌金属阳极的可充电水性锌电池由于具有高比容量(820mah/g和5855mah/cm3)、合适的还原电位(相对于标准氢电极为-0.76v)、固有安全性、低成本、环境友好性和锌存量丰富等优点，作为清洁电化学储能的一种有前途的解决方案而备受关注。尽管有这些优点，但锌阳极在实际使用中，仍受到枝晶和腐蚀性电解质生长的阻碍。商业金属锌以突起为特征的不均匀表面，促进了枝晶生长和不均匀成核，最终导致电池循环稳定性差、可逆性低和寿命降低的问题。
2、目前行业内采用湿化学法来防止枝晶生长，湿化学法因简单、成本效益高等优点被广泛应用于锌基底上产生薄膜来阻止枝晶生长，但使用这种方法，在电镀和剥离时，钝化层的使用会导致界面电阻和成核过电位的增加，最终会降低锌离子电池的倍率性能，从而阻碍其实际应用。
3、因此开发一种既能防止枝晶产生，又不会对电池性能产生负面影响的锌离子电池用锌箔表面处理方法显得很有必要。
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种工艺简单、制备周期短的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，经过处理后的锌箔表面能够产生一层锌-硅烷复合层和(002)晶面取向的锌,该复合层具有强大的锌离子吸附能力，可以改善离子动力学，促进均匀的锌镀层和剥离，而且表面择优的(002)晶面可以诱导锌金属的平行生长并抵抗电解液的腐蚀，从
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、本专利技术一方面提供了一种抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，包括如下步骤：
4、s1、将表面超声清洗处理后的锌箔浸泡于酸性混合液中，在酸蚀刻下得到具有择优锌(002)晶面的锌箔；
5、s2、将具有择优锌(002)晶面的锌箔浸泡于巯基硅烷偶联剂溶液中，经水解反应，锌箔表面形成纳米结构的锌-硅烷复合层；
6、s3、将表面有锌-硅烷复合层的锌箔经干燥处理后，得到可抑制枝晶生长的锌箔。
7、本专利技术采用锌箔先在酸性溶液中充分浸泡，在酸刻蚀下得到具有(002)晶面的锌箔，再将具有(002)晶面的锌箔浸泡于巯基硅烷偶联剂溶液中，经水解反应，锌箔表面形成纳米结构的锌-硅烷复合层，采用特定的先酸后硅烷偶联剂的处理方法获得的锌箔，具有良好的性能，可以抵抗电解液的腐蚀，有效抑制锌枝晶，并稳定电极/电解质界面；如果采用其它处理方式，如锌箔先浸泡硅烷偶联剂后浸泡酸的处理方式，则锌箔先在硅烷偶联剂中反应得到一层薄膜，再进行酸处理，由于锌箔表面已经被薄膜覆盖，表面就很难刻蚀产生002晶面，影响最终性能；再如采用锌箔浸泡在酸和硅烷偶联剂的混合液中的处理方式，虽然锌箔和酸的反应速度比硅烷偶联剂的快，但是锌箔表面同时也会和硅烷偶联剂发生反应，从而导致锌箔表面酸刻蚀产生的002晶面不充分，同样影响最终性能。
8、在本专利技术一些优选的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法的实施方式中，所述s1中，酸性混合液的温度控制在45～75℃，对酸蚀刻有良好的促进作用。
9、在本专利技术一些优选的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法的实施方式中，所述s1中，酸性混合液为酸溶于无水乙醇和去离子水中后制备得到，其中，无水乙醇、去离子水的体积比为(18～25)：1，酸的浓度为0.01～0.2mol/l。
10、无水乙醇可以起到分散的作用；适量的酸可以通过腐蚀锌箔表面后生成的(002)界面，更好的诱导zn的平行生长，避免尖端效应，对枝晶的生成起到更好的抑制作用。
11、在本专利技术一些优选的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法的实施方式中，所述酸为乙酸、磷酸、硼酸、硝酸、碳酸或乳酸。
12、在本专利技术一些优选的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法的实施方式中，所述s2中，巯基硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂溶于无水乙醇和去离子水中制备得到，其中，无水乙醇、巯基硅烷偶联剂、去离子水的体积比为(18～25)：(0.25～3)：1。
13、适量的巯基硅烷和去离子水的比例可以通过si-o-zn与硅烷强烈相互作用，使得锌箔和改性层之间的界面变得更加紧密持久。
14、在本专利技术一些优选的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法的实施方式中，所述巯基硅烷偶联剂为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷或3-巯基丙基三氨丙基三甲氧基硅烷。
15、在本专利技术一些优选的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法的实施方式中，所述s1中，浸泡于酸性混合液中的时长为1～4h。
16、在本专利技术一些优选的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法的实施方式中，所述s2中，浸泡于巯基硅烷偶联剂溶液中的时长为1～4h，即避免了因处理时间短而导致的枝晶抑制效果不足，也不会因处理时间过长使得涂层过厚而对电池性能产生负面影响。
17、在本专利技术一些优选的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法的实施方式中，所述s3中，干燥温度为90～150℃，加热1～3h。
18、本专利技术另一方面提供了一种采用所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法处理后得到的抑制枝晶生长的锌箔。
19、相对于现有技术，本专利技术所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法具有以下优势：
20、(1)本专利技术所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法制备工艺简单、制备周期短、适合大规模对锌箔进行表面处理；
21、(2)本专利技术所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法通过si-o-zn与硅烷强烈相互作用，使得锌箔和改性层之间的界面更加持久，纳米结构层可以增加选择性沉积zn2+的电活性表面积，并降低限制枝晶生长的区域电流密度；表面优选的(002)晶面可以诱导zn金属的平行生长，并抵抗水性电解质的腐蚀，从而有效地抑制zn枝晶并稳定电极/电解质界面
22、(3)本专利技术所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法采用先浸泡酸，再浸泡巯基硅烷偶联剂的处理方式，锌箔先在酸性溶液中充分浸泡，在酸刻蚀下得到具有002晶面的锌箔，将具有002晶面的锌箔浸泡于巯基硅烷偶联剂溶液中，经水解反应，锌箔表面形成纳米结构的锌-硅烷复合层，从而可以抵抗电解液的腐蚀，有效抑制锌枝晶，并稳定电极/电解质界面。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述S1中，酸性混合液的温度控制在45～75℃。
3.根据权利要求1所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述S1中，酸性混合液为酸溶于无水乙醇和去离子水中后制备得到，其中，无水乙醇、去离子水的体积比为(18～25)：1，酸的浓度为0.01～0.2mol/L。
4.根据权利要求3所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述酸为乙酸、磷酸、硼酸、硝酸、碳酸或乳酸。
5.根据权利要求1所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述S2中，巯基硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂溶于无水乙醇和去离子水中制备得到，其中，无水乙醇、巯基硅烷偶联剂、去离子水的体积比为(18～25)：(0.25～3)：1。
6.根据权利要求5所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述巯基硅烷偶联剂为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷或3-巯基丙基三氨丙基三甲氧基硅烷
7.根据权利要求1所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述S1中，浸泡于酸性混合液中的时长为1～4h。
8.根据权利要求1所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述S2中，浸泡于巯基硅烷偶联剂溶液中的时长为1～4h。
9.根据权利要求1所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述S3中，干燥温度为90～150℃，加热1～3h。
10.一种抑制枝晶生长的锌箔，其特征在于：所述抑制枝晶生长的锌箔由权利要求1到9任一项所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法处理后得到。
...【技术特征摘要】
1.一种抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述s1中，酸性混合液的温度控制在45～75℃。
3.根据权利要求1所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述s1中，酸性混合液为酸溶于无水乙醇和去离子水中后制备得到，其中，无水乙醇、去离子水的体积比为(18～25)：1，酸的浓度为0.01～0.2mol/l。
4.根据权利要求3所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述酸为乙酸、磷酸、硼酸、硝酸、碳酸或乳酸。
5.根据权利要求1所述的抑制枝晶生长的锌箔表面处理方法，其特征在于：所述s2中，巯基硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂溶于无水乙醇和去离子水中制备得到，其中，无水乙醇、巯基硅烷偶联剂、去离子水的体积比为(18～...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国显，胡永鹏，赵振，刘凯阳，孟垂舟，禹伟，郭士杰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。