[发明专利]一种三维钛结构和长寿命的三维柔性锌负极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种三维钛结构和长寿命的三维柔性锌负极及其制备方法和应用。制备方法为：在钛基体的表面电镀金属锌层，然后将整体进行第一次低压热处理，降温后，进行第二次低压热处理，升高压力后，在第二次低压热处理的温度下进行热处理，得到亲锌三维钛结构。得到的三维钛结构，可诱导均匀的锌沉积，有助于提高库伦效率。并且，后续作为锌负极，可以有效的抑制锌枝晶的生长。锌负极循环性能稳定。

技术领域

本发明属于新能源材料制备技术领域，具体涉及一种三维钛结构和长寿命的三维柔性锌负极及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锌离子电池具有安全性高、成本低、锌资源丰富、容量高、制造简单、且对环境友好，是一种急具前途的可充式储能电池。然而，对于直接使用锌金属作为负极而言，锌枝晶的产生会影响电池的安全性和循环稳定性，阻碍锌离子电池的发展。

为了解决锌枝晶产生的问题，大量的研究已经被报道，如：三维集流体、三维锌负极、隔膜改性、电解液改性等等。这些方法虽然能部分抑制锌枝晶的生长，但是其枝晶抑制的效果一般，在长时间的电池循环过程中，仍然不可避免的产生枝晶生长问题，此外现有制备过程复杂，成本较高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种三维钛结构和长寿命的三维柔性锌负极及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，三维钛结构的制备方法，在钛基体的表面电镀金属锌层，然后将整体进行第一次低压热处理，降温后，进行第二次低压热处理，升高压力后，在第二次低压热处理的温度下进行热处理，得到亲锌三维钛结构。

钛基体电镀锌层之后，经过第一次低压热处理，第二次低压热处理和加压热处理后，形成三维钛结构，即钛基体负载锌层之后，表面是二维平面，经过上述处理过程之后，表面形成三维结构。

得到的三维钛结构，可诱导均匀的锌沉积，有助于提高库伦效率。并且，后续作为锌负极，可以有效的抑制锌枝晶的生长。

在整个过程中，先电镀锌，然后锌钛合金化，然后蒸发掉锌生成二氧化钛层。钛基体的表面形成三维结构。

在本发明的一些实施方式中，电镀的电镀液为ZnSO₄·7H₂O，(NH₄)₂SO₄和十六烷基三甲基溴化铵的混合水溶液。

可选的，电镀液中ZnSO₄·7H₂O的浓度为0.6-0.7mol/L，(NH₄)₂SO₄的浓度为0.05-0.15mol/L，十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0.005-0.015mol/L。

选择电镀进行负载锌层的原因是，电镀可以使锌层较为均匀；此外，金属锌的熔沸点较低，在低压下经热处理过程即可蒸发，不需要额外的过程。

在本发明的一些实施方式中，第一次低压热处理的压力范围为真空度大于等于10Pa。

在本发明的一些实施方式中，第一次低压热处理的温度为100-300℃，时间为2-10h；优选为150-250℃，1-5h。通过第一次低压热处理，可以实现钛基体表面形成三维多孔结构，表面形成交叠的片状结构。

在本发明的一些实施方式中，第二次低压热处理的低压范围为真空度大于等于10Pa。

在本发明的一些实施方式中，第二次低压热处理的温度为600-900℃，时间为1-5h；优选为650-750℃，1.5-2.5h。