【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种非均相锌铟合金负极的制备方法，特别涉及一种金属铟富集于锌金属晶界处且锌具有单一（002）织构的锌铟合金负极的制备方法。
技术介绍
1、水系锌金属电池（zmbs）因其使用的金属锌负极理论容量高(820 mah/g，5855mah/cm3)、储量丰富，同时水系电解液离子电导率高、不可燃、绿色环保且价格低廉，被认为是大规模储能技术的有力候选者。尽管存在上述这些优点，但作为负极使用的锌金属在水系电解液中会发生析氢和腐蚀等副反应，并且在循环过程中不规则的锌沉积会生成枝晶导致电池失效，严重阻碍了zmbs的实际应用。因此抑制副反应发生和实现锌均匀沉积对水系锌电池的发展和实际应用至关重要。
2、目前提高锌金属负极性能的策略主要有结构设计、晶面调控、界面修饰、电解液调控等。商业锌箔由大量晶粒组成，存在大量的晶界且多织构共存。而晶界位置极易发生晶间腐蚀，从而加剧副反应发生和锌枝晶生长，加速电池失效。现有技术中已报道通过制备（002）织构锌能有效抑制副反应发生并诱导锌沿（002）晶面外延生长，从而提升锌负极循环稳定性。例如通过使用单晶（002）织构锌作为锌金属负极，但是单晶锌制备过程复杂成本极高。例如通过电化学沉积、退火处理和辊压方法来制备强（002）织构锌负极，但难以获得单一（002）织构锌负极，且无法对晶界进行保护以减小晶界的影响。现有技术报道通过制备锌钛合金能部分占据锌晶界，一定程度上减小晶界的影响，但非（002）织构无法诱导锌外延沉积。因此，构建具有单一（002）织构且晶界被完全占据的锌负极对于提升锌负极的稳定性
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种非均相锌铟合金负极的制备方法。本专利技术采用简单的热处理工艺，通过调控热处理温度和锌铟质量比，制备出金属铟富集于锌金属晶界处且锌具有单一（002）织构的非均相锌铟合金负极。本专利技术制备工艺简单、成本低，能规模化生产。将本专利技术制备得到的非均相锌铟合金负极用作水系锌金属电池负极展现出极强的抗腐蚀性和优异的循环稳定性。
2、本专利技术提出的一种非均相锌铟合金负极的制备方法是通过以下技术方案予以实现。
3、本专利技术提出的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，包括以下步骤：将锌、铟金属片放入高温炉反应区中，在保护气的气氛下对锌、铟金属片进行恒温处理；冷却后获得金属铟富集于锌金属晶界处且锌具有单一（002）织构的非均相锌铟合金金属片；其中恒温处理温度大于锌的熔点温度；恒温处理时间为1-30分钟；锌、铟金属片质量比为96.5%～97.7%:2.3%～3.5%；冷却步骤包括：将锌、铟金属片恒温处理后进行冷却降温，使得2-3小时后温度降至锌-铟共晶温度（143.5 ℃）之下。
4、作为本专利技术的一个优选方案，升温过程为在1-5分钟内将样品加热至目标温度。
5、作为本专利技术的一个优选方案，恒温处理温度为450-500℃。
6、作为本专利技术的一个优选方案，恒温处理时间为10-15分钟。
7、作为本专利技术的一个优选方案，锌、铟金属片质量比为97%～97.7%:2.3%～3%；进一步优选锌、铟金属片质量比为97.4%～97.7%:2.3%～2.6%。
8、作为本专利技术的一个优选方案，恒温处理前先对锌、铟金属片进行预处理；预处理包括使用乙醇或丙酮对锌片、铟片进行超声清洗，并烘干。
9、作为本专利技术的一个优选方案，将冷却后得到的非均相锌铟合金负极进行抛光处理，电解抛光的时间为5-30分钟。
10、作为本专利技术的一个优选方案，保护气为氩气、氮气、氢气与氩气的混合气、氢气与氮气的混合气中的任意一种。
11、作为本专利技术的一个优选方案，锌金属片优选为高纯锌箔，纯度＞99.9%。铟金属片优选为铟箔，纯度＞99.9%。
12、本专利技术制备得到的非均相锌铟合金负极，锌铟合金为共晶合金，凝固后金属铟富集于锌金属晶界处且锌具有单一（002）织构。
13、将本专利技术制备得到的非均相锌铟合金负极用于水系锌金属电池负极，展现出优异的循环稳定性。
14、本专利技术提出的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，具有如下有益效果：
15、（1）本专利技术采用简单的一步热处理法，通过严格调控锌、铟质量比及热处理温度和时间、降温速率，实现非均相锌铟合金负极的快速制备，本专利技术中的降温冷却过程需要采用缓慢降温（即2-3小时降温至锌和铟的共晶温度（143.5℃）下），以实现铟在锌内的充分、均匀偏析。制备得到的非均相锌铟合金负极具有铟金属偏析（富集）于锌晶界处的特征，并且锌呈现单一（002）织构。
16、（2）本专利技术得到的锌铟合金负极，由于铟偏析于锌晶界处，可以稳定锌负极的界面，减少晶间腐蚀与晶间副反应的发生。
17、（3）本专利技术得到的锌铟合金负极，其中锌具有单一（002）织构，因此可有效诱导锌离子沿（002）晶面外延沉积，抑制枝晶生长与表面副反应，从而进一步提升负极的可逆性。
18、（4）本专利技术制备得到的锌铟合金用作水系锌金属电池的负极，具有优异的循环稳定性，在1 ma/cm2和1 mah/cm2的测试条件下，可循环4800小时以上。
19、（5）本专利技术与现有技术相比，工艺简单、成本低，能实现规模化生产。
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1.一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锌、铟金属片放入高温炉反应区中，在保护气的气氛下对锌、铟金属片进行恒温处理；冷却后获得金属铟富集于锌金属晶界处且锌具有单一（002）织构的非均相锌铟合金负极；所述恒温处理温度大于锌的熔点温度；所述恒温处理时间为1-30分钟；所述锌、铟金属片质量比为96.5%～97.7%:2.3%～3.5%；所述冷却步骤包括：将锌、铟金属片恒温处理后进行冷却降温，使得2-3小时后温度降至锌-铟共晶温度之下。
2.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，所述恒温处理温度为450-500℃。
3.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，所述恒温处理时间为10-15分钟。
4.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，所述锌、铟金属片质量比为97.4%～97.7%:2.3%～2.6%。
5.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，所述锌铟合金为共晶合金，金属铟富集于锌金属晶界处且锌具有单一（
6.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，所述步骤还包括：将冷却后得到的非均相锌铟合金负极进行抛光处理，电解抛光的时间为5-30分钟。
7.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，恒温处理前先对锌、铟金属片进行预处理；预处理包括使用乙醇或丙酮对锌片、铟片进行超声清洗，并烘干。
8.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，所述的保护气为氩气、氮气、氢气与氩气的混合气、氢气与氮气的混合气中的任意一种。
...【技术特征摘要】
1.一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锌、铟金属片放入高温炉反应区中，在保护气的气氛下对锌、铟金属片进行恒温处理；冷却后获得金属铟富集于锌金属晶界处且锌具有单一（002）织构的非均相锌铟合金负极；所述恒温处理温度大于锌的熔点温度；所述恒温处理时间为1-30分钟；所述锌、铟金属片质量比为96.5%～97.7%:2.3%～3.5%；所述冷却步骤包括：将锌、铟金属片恒温处理后进行冷却降温，使得2-3小时后温度降至锌-铟共晶温度之下。
2.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，所述恒温处理温度为450-500℃。
3.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方法，其特征在于，所述恒温处理时间为10-15分钟。
4.根据权利要求1所述的一种非均相锌铟合金负极的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵进，陈子博，马延文，陈剑宇，张豫，黄雯，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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