[发明专利]一种设有电解液流动分配部件的锌负极及其应用

说明书

本发明公开了一种设有电解液流动分配部件的锌负极及其应用。包括具有电流采集功能的锌板(120)，所述锌板(120)的一面设有电解液流动分配部件(110)，所述电解液流动分配部件(110)包括多个导流柱(111)和边框(112)，所述的导流柱(111)设于边框(112)内，所述边框(112)的对角上分别设有电解液入口(113)和位置高于电解液入口(113)的电解液出口(114)。本发明的电解液流动分配部件改变了电解液在锌板表面的流动模式，使枝晶不容易在锌电极表面聚集，同时不会造成电池内阻的增加；从而有效提高电池的稳定性和利用率。

技术领域

本发明涉及一种设有电解液流动分配部件的锌负极及其应用，属于新能源储能技术领域。

背景技术

锌空气电池是一种利用金属锌和空气中氧气进行电化学反应从而达到储能效果的电池技术。锌空气电池作为一次电池(不可充电)在市场上已得到广泛应用，而且技术相对成熟。其无噪音、体积小、能量密度高等特点使锌空气电池广泛应用于助听器、摄像机等各类静音小型电子器件中。通常锌空气电池是由正极、负极、电解液、隔膜材料以及外包材料构成。电池的正极为空气电极，直接暴露于空气中。电池的负极为金属锌，浸泡在电解液中。电解液通常为碱性溶液，其作用在于提供-OH^-(氢氧根离子)。反应式如下：

正极：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

负极：2Zn+4OH^-→2ZnO+2H2O+4e^-

锌空气二次电池(可充放电)的结构与锌空气一次电池类似。但由于可对其进行充放电操作，锌空气二次电池可被用于储能领域，如间歇式电源、分布式电源、可再生能源发电等。锌空气二次电池放电过程与一次电池类似，负极由金属锌变成锌离子，正极由氧气变成氢氧根离子。在充电过程中，正极氢氧根离子变成氧气析出，负极由锌离子变成锌吸附在金属表面。

在充电过程中，锌很难以理想状态均匀的吸附在负极表面，而是以晶体的形式在金属表面生长，这种现象称为枝晶。枝晶的形成可以造成诸多电池失效的情况。例如晶体可能生长至电池正极，造成电池内部的短路或破坏电池内部隔膜结构等，这些情况对于电池都是不可逆的损伤。

为解决枝晶生长至正极导致短路的问题，可使用各类隔膜材料、包覆材料等，阻断枝晶向正极生长通道。例如专利文献CN101325255中，公开了一种锌负极的制备方式，为阻止锌枝晶的生成，在锌负极表面形成二氧化硅层，有效抑制了放电过程中放电产物在强碱溶液中的溶解性，避免放电产物迁移，从而抑制负极锌板枝晶化变形。另外，专利文献CN107078258和US 9,692,026中，公开了一种陶瓷隔膜结构，此隔膜可以传导氢氧根离子，放置在锌空电池正极和负极之间，在尽量不降低离子传导率的情况下，使用物理方法阻隔枝晶通往正极的通路。上述方法虽然可以从物理上阻隔枝晶生长的方向，但是隔膜、包覆材料的添加都不可避免的增加了电池的内阻，这将导致电池充放电效率的下降。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有技术中通过添加隔膜、包覆材料以抑制锌负极枝晶的生长，但是会导致电池内阻的增加，而进一步导致电池充放电效率的降低。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种设有电解液流动分配部件的锌负极，包括具有电流采集功能的锌板(120)，所述锌板(120)的一面设有电解液流动分配部件(110)，所述电解液流动分配部件(110)包括多个导流柱(111)和边框(112)，所述的导流柱(111)设于边框(112)内，所述边框(112)的对角上分别设有电解液入口(113)和位置高于电解液入口(113)的电解液出口(114)。

优选地，所述的导流柱(111)设为平行且间隔分布于边框(112)内。