[发明专利]一种阵列结构的锌金属复合电极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种阵列结构的锌金属复合电极及其制备方法。所述锌金属复合电极由金属锌及其复合组分构成，具有垂直阵列的结构特点，其中锌复合电极厚度为1微米‑1厘米，其中阵列中的金属锌的宽度范围为10纳米‑500微米，阵列中的复合组份的宽度为0.3纳米‑500微米，复合组份包括但不限于金属、金属氧化物、二维材料及其组成的薄膜、编织物等其中的一种或复合薄膜。所述复合电极应用为金属锌基电池负极时，在充放电过程中电极表面没有明显的枝晶，具有超高面容量、优异的倍率性能和长的循环寿命。

技术领域

本发明属于二次电池领域，具体涉及一种阵列结构的锌金属复合电极及其制备方法。

背景技术

金属锌电池作为当今世界应用最广泛和最有发展前景的电池之一，具有比能量和放电性能高、工作和贮存寿命长、安全操作性能高和成本较低的优点。随着锌-镍电池、锌离子电池、锌-二氧化碳电池等新型高容量锌电池的发展，锌金属负极的安全应用成为了下一代能量存储系统的决定因素。

锌金属一直被视作可再充锌电池的最理想的负极材料，它具有极高的理论比容量(800mAh g-1)，低密度和适中的电化学电势(相比标准氢电极大约-0.76V)等优异性能。然而由于锌金属负极充放电过程中的无载体特性，其在重复充电/放电过程中存在枝晶生长、低库仑效率(CE)问题，导致基于锌金属负极的可充电电池至今尚未商业化。

最近,研究的关注已经转移锌金属负极的结构设计和集流体的制造，以抑制锌枝晶的生长，调节锌的循环行为。通过设计降低沉积过程中的电流密度以及采用高比表面积的集流体已经成为一项新的研究方向。但是传统的制备方法中复杂的制造过程，以及设计纳米结构的材料也限制了它们的实际应用。因此，发展是必要的锌金属设计的简易策略，设计合成可能的复合电极实现卓越的电化学表现及成本效益。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提出一种阵列结构的锌金属复合电极及其制备方法。

所述复合电极由金属锌及其复合组分构成，具有垂直阵列的结构特点；

其中，所述锌复合电极厚度为1微米-1厘米，阵列中的金属锌的宽度范围为10纳米-500微米，阵列中的复合组份的宽度为0.3纳米-500微米。

所述复合组份选自金属、金属氧化物、二维材料及其组成的薄膜、编织物等其中的一种或复合薄膜。

所述金属包括但不限于锡、铝、金、银、钼、铁、锌、锡、锗及合金等中的一种或多种，优选为金属箔和金属线。

所述金属氧化物包括但不限于氧化锌、氧化锡、氧化硅、氧化锗等中的一种或多种。

所述二维材料及其组成的薄膜包括但不限于石墨烯、氮化硼、氧化钼、二硫化钼、碳化钛等及其薄膜或复合膜中的一种或多种。

所述编织物包括但不限于碳纤维布、碳纳米管薄膜、无纺布等中的一种或多种。

所述复合薄膜包括但不限于金属与二维材料、金属氧化物与二维材料、金属与金属、金属与编织物、金属氧化物与编织物等中的一种或多种。

所述复合电极应用为金属锌基电池负极时，在充放电过程中电极表面没有明显的枝晶，具有超高面容量、优异的倍率性能和长的循环寿命。

本发明还提供所述锌金属复合电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)在惰性环境中，将金属锌和复合组分经物理方法处理制备成层状复合锌材料；

其中金属锌优选为金属锌带、金属锌片、金属锌线等中的一种或多种；

其中物理方法优选为辊压、混合等方法中的一种。

所述惰性环境为氩气、氦气等中的一种或多种。