[发明专利]一种三维网状结构纳米层锌负极的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维网状结构纳米层锌负极的制备方法和应用，包括以下步骤：(1)配置预定浓度的Zn(NO₃)₂溶液，记为溶液A；(2)配置设定浓度的强碱溶液，记为溶液B；(3)将溶液A加入到溶液B中得到含有羟基化Zn的胶体化合物沉淀，经离心去除大尺度沉淀后，得到纳米锌沉淀液；(4)将锌箔浸入到纳米锌沉淀液中，浸泡后取出清洗烘干，即得。本发明通过一种简单的化学沉积方法，在锌负极表面利用沉积和刻蚀相互作用原位制备具有纳米尺度的三维网状结构的金属锌负极，既保留整体锌箔高的体积能量密度，又保证高稳定性的三维网状界面反应层，这样既实现了传统三维泡沫锌的电场均匀分布，使得在放电时无法形成大的枝晶，保证电池的安全运作和使用寿命。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池技术领域，具体涉及一种三维网状结构纳米层锌负极的制备方法和应用。

背景技术

近几年，水系锌离子电池作为一种可充放电的储能器件，因其安全性好、无毒、高能量密度、高功率密度、成本低廉等优点受到了广泛关注，具有潜在的应用价值和发展前景，是目前研究的热点方向。目前，人们对正极材料和电解液的研究居多，而对锌负极材料在中性或弱酸性体系的研究却比较少，多数是基于碱性电池的金属锌负极材料的研究报道。

金属锌的储量大，来源广泛，价格低廉。更诱人的是锌离子有二价电荷，使电池可以提供更高的存储容量。然而，锌负极在充放电循环中存在锌枝晶、死锌、腐蚀等问题。为了解决这个问题，人们提出了一些方案，这些方案在一定程度上解决了锌枝晶、死锌的问题的同时，但又引起了一些新的问题。如CN104143634A公开了一种泡沫锌电极的制备方法，所得泡沫锌电极材料由于其内部的均匀结构，致使电场均匀分布，使得在放电时无法形成大的枝晶，避免枝晶刺穿隔膜，保证电池的安全运作和使用寿命。然而泡沫状锌负极材料中具有大量的中空结构，导致单位体积活性量较少，直接导致电池的较小体积能量。因此，虽然泡沫状锌负极材料在一定程度上抑制了枝晶锌的生长，却失去了体积能量密度。又如，CN108807910A公开了一种水系锌离子电池，所述负极为石墨烯辅助锌负极，所述电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂为水，所述溶质包括可溶性锌盐和锰盐。石墨烯辅助锌负极性能优异，但是石墨烯的加入将在一定程度上降低活性物的载量，降低负极的质量能量密度。加之，制备该锌负极材料还需要用到超细锌粉、稀土材料，成本很高，将大大限制其大规模应用质量和前景。

发明内容

针对现有技术中锌负极在充放电循环中存在锌枝晶、死锌、腐蚀以及能量密度较低的问题，本发明的目的在于提供一种三维网状结构纳米层锌负极的制备方法和应用，制备得到高稳定性、高能量密度、高倍率性能的金属锌负极材料。

本发明提供以下技术方案：一种三维网状结构纳米层锌负极的制备方法和应用，包括以下步骤：

(1)配置预定浓度的Zn(NO₃)₂溶液，记为溶液A；

(2)配置设定浓度的强碱溶液，记为溶液B；

(3)将溶液A加入到溶液B中得到含有羟基化Zn的胶体化合物沉淀，经离心去除大尺度沉淀后，得到纳米锌沉淀液；

(4)将锌箔浸入到纳米锌沉淀液中，浸泡后取出清洗烘干，得到三维网状结构纳米层的金属锌负极。

作为优选，步骤(1)中，所述的Zn(NO₃)₂溶液的质量浓度分数为15～40wt％。

作为优选，步骤(2)中，所述的强碱溶液的质量浓度分数为9～20wt％。

进一步，所述的强碱采用KOH，NaOH，LiOH中一种或者多种。

作为优选，步骤(3)中，所述的离心沉积速度为4000～10000R/min。

作为优选，步骤(4)中，浸泡时间为0.2～60min。