[发明专利]一种网络状轻量型金属锌电极的结构及制备方法

说明书

本发明涉及网络状轻量型金属锌电极的结构，包括锌基底层和位于基底层上的高活性层；锌基底层为泡沫锌、锌网、栅条状锌板、冲孔锌带或锌纤维织物中的至少一种，厚度为0.1μm～10mm；位于基底层上的高活性层包括锌粉、导电碳材料、添加剂和粘结剂，锌粉、导电碳材料、粘结剂和添加剂在高活性层中的质量比为(20～70％)：(60～25％)：(15～4％)：(5～1％)，高活性层厚度介于100nm～400μm；锌粉为球形，粒径10nm～50μm，质量占高活性层总质量的20～70％。本发明的有益效果是：以锌材料作为基体，可以对锌的溶解‑沉积非理想性地完全可逆这一自身局限性进行补充，从而在电池大容量长循环过程中提供足够的活性物质，提升电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锌电池技术领域，具体涉及一种网络状轻量型金属锌电极的结构及制备方法。

背景技术

随着社会经济的高速发展，能源短缺和环境保护问题亟待解决。研究工作人员一直致力于开发使用新型可再生资源，但风能、太阳能等可再生资源存在间歇性和波动性，则需要配套的储能技术将其合理纳入智能电网中。水系离子电池因成本低，安全性好，稳定性高的优势，成为规模储能的首要选择。锌能在水系电解液中稳定存在，而且具有标准电势低，能量密度高的特点，因此可作为二次水系离子电池负极活性物质的极佳选择。

尽管锌具有环境友好，资源丰富，价格低廉的特点，但是直接采用金属锌作为负极，在充电过程中电极表面会形成锌枝晶，随充放电反应的不断进行，枝晶不断长大，并会从电极表面脱落，从而造成电池的容量衰减，库伦效率降低，甚至刺穿隔膜导致电池短路。

如何缓解锌负极存在的问题，是需要攻克的一大难点，而且很多科研人员从事相关研究。具体的，有文献指出在碳纤维表面制备具有核壳结构的锌-碳纤维复合电极，可以减缓枝晶生长(Wang X,Wang F,Wang L,et al.An aqueous rechargeable Zn//Co3O4battery with high energy density and good cycling behavior[J].AdvancedMaterials,2016,28(24):4904-4911.)；有报道指出在恒定电压下用电沉积方法将锌电镀在高导电碳纤维-石墨毡(GF)收集器上制造自支撑Zn@GF负极可改善性能，其对称电池在1C倍率下充放电循环350圈过电势有50mV(Wang,L.P.；Li,N.W.；Wang,T.S.；Yin,Y.X.；Guo,Y.G.；Wang,C.R.,Conductive graphite fiber as a stable host for zinc metalanodes.Electrochim Acta 2017,244,172-177.)。中国专利CN1172388C中公开了一种在泡沫铜上电镀锌来获得碱性锌镍电池的负极的方法。

上述研究都在缓解锌枝晶生长方面起到了作用，但电池的性能仍有待提高。因为负极构造中是电镀锌，活性物质的成分含量少，且锌的溶解-沉积非理想性地完全可逆。所以，上述负极组装的电池的长循环性能不理想，尤其是在大容量储能应用中，循环寿命会极大受限。

在实际锌离子电池中，金属锌电极的用量远远低于实际沉积中消耗所需要提供的锌离子总量，从而造成该类电池的比能量较低，因此，降低新金属负极的用量是限制该类电池应用的一个主要障碍。

为了降低金属锌负极的用量，一般采用减低电极厚度的方法，该方法存在加工难度大，成本高，电极厚度不均匀，由此不适用于实际产品等。

本发明针对上述问题，提出了一种多沉积点、网络状的金属锌电极结构，在相同厚度金属锌电极降低重量60％以上，同时可满足长循环中锌离子的补偿。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种网络状轻量型金属锌电极的结构及制备方法。