[发明专利]一种锌二次电池的负极极片及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种锌二次电池的负极极片及其制备方法和用途。所述负极极片包括含锌金属的基片以及位于所述基片表面的复合保护层；所述复合保护层包括金属纳米颗粒和氟化锌。本发明通过原位化学置换的方法，能够有效地在锌金属负极表面形成稳定的由金属纳米颗粒嵌入氟化锌涂层组成的复合保护层，同时能够提供丰富的供锌均匀沉积的成核位点，使锌的沉积更加均匀致密，可有效抑制锌二次电池在充放电循环中电解液造成的腐蚀和锌枝晶的生长，从而起到大大提高锌二次电池循环性能和安全性的作用。

技术领域

本发明属于锌二次电池的技术领域，涉及一种锌二次电池的负极极片及其制备方法和用途。

背景技术

从以传统化石能源为主快速向低碳能源转变是国家能源格局的重大转变。为了进一步提高能量存储的灵活性、经济型和安全性，满足社会的快速发展，发展新型大规模储能技术是当代科学家们所面临的首要任务。因此，开发对环境友好、无害，且具有高能量密度的储能系统是实现国家绿色能源战略的当务之急。最近，水系锌离子电池(ZIB)作为最有利的候选者得到了极大的关注，由于锌阳极的氧化还原电势低，理论容量高且在水中具有出色的稳定性。同时，金属锌具有资源丰富、低毒性以及易处理等优点。因此价格低廉、安全性高、无环境污染和高功率的ZIB是理想的绿色电池体系。

锌电池作为最古老的电池之一，与使用可燃有机电解质的锌离子电池(LIB)相比，锌电池作为含水电解质中的可持续电化学系统极大地解决了安全性的问题。最近，可再充电锌二次电池作为一种安全、环保的电化学系统而得到了复兴。几十年来，人们已经对锌离子电池进行了大量的研究，包括氧化钒，氧化锰，普鲁士蓝类似物和有机材料等的极材料的研究已经相当成熟。相反，关于阳极的研究迫切需要发展。在水性锌离子二次电池中，金属锌来源丰富，价格便宜，氧化还原电势低(相对于SHE为-0.76V)和理论容量较高(820mAhg^-1)，而成为了阳极的优秀候选者。尽管具有这些优点，但锌金属阳极仍然存在不均匀的金属阳离子沉积进而可能会导致枝晶形成。此外，电解液在其表面上造成的腐蚀与形成的电化学惰性和不可逆副产物可能会引起胀气与表面钝化。因此，急需要开发具有均匀锌沉积的高度稳定的锌阳极。

CN108807910A公开了一种水系锌离子电池，包括正极、负极、电解液和设置于所述正极和所述负极之间的隔膜，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。该文献制备得到的锌电池易出现锌的不均匀沉积导致的枝晶和电解液腐蚀造成的胀气等安全性问题

CN109980226A公开了一种具有聚酰胺光亮剂层的锌负极，属于能源材料技术领域。其特征在于把聚酰胺溶解于无水甲酸中进行重塑并在锌负极表面构建固态光亮剂层。该文献提到的方法都不能根本上解决溶液中浓度梯度引起的不均匀沉积，此外该方法只能一定程度上起到抑制锌枝晶的生长效果。

上面提到的方法都并不能根本上解决溶液中浓度梯度引起的不均匀沉积，此外这些方法只能一定程度上起到抑制锌枝晶的生长效果，同时它们的制备工艺复杂、成本高昂、很难应用到实际生产中。

因此如何从根本上克服现有的锌金属负极由于充放电过程中锌的沉积不均匀导致的枝晶生长以及电解液腐蚀造成的胀气等安全性问题，是目前急需解决的一项技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锌二次电池的负极极片及其制备方法和用途。本发明通过原位化学置换的方法，能够有效的在锌金属负极表面形成稳定的由金属纳米颗粒及氟化锌组成的复合保护层，同时能够有效地提供均匀的锌沉积时的成核位点，使得锌的沉积更加均匀，抑制了锌二次电池在充放电循环中电解液造成的腐蚀和锌枝晶的生长，从而起到大大提高锌二次电池循环性能和安全性的作用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种锌二次电池的负极极片，所述负极极片包括含锌金属的基片以及位于所述基片表面的复合保护层；所述复合保护层包括金属纳米颗粒和氟化锌。