[发明专利]一种用于抑制锌离子电池/电容器中锌枝晶生长的方法

说明书

本发明公开了一种用于抑制锌离子电池/电容器中锌枝晶生长的方法，属于电化学镀锌和锌离子电池/电容器技术领域。本发明通过以导电柔性基底为工作电极，锌片用作对电极和参比电极，配置硫酸锌和柠檬酸钠的混合溶液作为电沉积液，在‑1.8V的电压下沉积锌晶种，使导电柔性基底表面沉积一层锌晶种，随后在‑0.8V的电压下继续沉积，得到柔性的锌阳极；以硫酸锌和柠檬酸钠的混合溶液与聚乙烯醇混匀并搅拌至凝胶呈无色透明状，得到固态凝胶电解质；将锌阳极、阴极材料和固态凝胶电解质组装成无枝晶生长的柔性锌离子电池/电容器。本发明电解液中的柠檬酸钠可有效减少锌离子周围的水分子，并减小去锌离子溶剂化能，从而可达到抑制锌枝晶生长的目的。

技术领域

本发明涉及电化学镀锌和锌离子电池/电容器技术领域，具体涉及一种含有抑制锌枝晶生长电解液的一维柔性锌离子电池的制备方法。

背景技术

随着可穿戴电子设备的快速发展，开发一种柔性的且无锌枝晶生长的锌离子电池/电容器已经成为了一个重要的研究方向。在重复充放电过程中，锌枝晶的生长会破坏器件的电化学稳定性能。通常，通过使用高导电性或亲锌基底制备锌电极、对锌电极表面进行修饰和使用高浓度电极液或在电解液中加入添加剂等方法都可有效抑制锌枝晶的生长。例如，通过使用三维碳纳米框架、金属铜或锡等基底制备锌阳极，在锌阳极表面涂覆碳酸钙等绝缘层或石墨烯和碳纳米管等高导电层，以及使用水包油式的高浓度电解液或在电解液中加入尿素等添加剂等方法都可有效抑制锌枝晶的生长。(Nat.Commun.,2015,6,8058；Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,15841-15847.；Adv.Mater.Interfaces 2018,5,1800848；ACS Appl.Mater.Interfaces 2018,10,25446-25453；Adv.Energy Mater.2019,9,1901469；Nat.Mater.2018,17,543-549；ACS Appl.Mater.Interfaces 2017,9,9681-9687.)。在上述抑制锌枝晶生长的方法中，在电解液中加入添加剂更加适用于一维柔性锌离子电池/电容器的制备，且操作更为简单，因此，通过对锌离子电池/电容器的电解液进行调控成为抑制锌枝晶生长的一个研究热点。

发明内容

本发明的目的在于解决锌离子电池/电容器中锌枝晶生长的问题，提供一种工艺简单，成本低，更适用于抑制一维锌离子电池/电容器中锌枝晶生长的方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种用于抑制锌离子电池/电容器中锌枝晶生长的方法，包括以下步骤：

步骤1，以导电柔性基底为工作电极，锌片用作对电极和参比电极，配置硫酸锌和柠檬酸钠的混合溶液作为电沉积液，在-1.8V的电压下沉积锌晶种，使导电柔性基底表面沉积一层锌晶种，随后在-0.8V的电压下继续沉积，得到柔性的锌阳极；

步骤2，以硫酸锌和柠檬酸钠的混合溶液与聚乙烯醇混匀并搅拌至凝胶呈无色透明状，得到固态凝胶电解质；

步骤3，将锌阳极、阴极材料和固态凝胶电解质组装成无枝晶生长的柔性锌离子电池/电容器。

进一步，所述步骤1中导电柔性基底为碳纤维、碳布、钢丝或碳纤维布中的任意一种。

进一步，所述步骤1)中在-1.8V的电压下沉积锌晶种的时间为20-200s。

进一步，所述步骤1)中在-0.8V的电压下沉积金属锌的时间为100s-1800s。

进一步，所述步骤1)中硫酸锌的浓度为1-3mol/L，柠檬酸钠的浓度为0.05-0.2mol/L。

进一步，所述步骤2)中硫酸锌的浓度为1-3mol/L，柠檬酸钠的浓度为0.05-0.2mol/L。

进一步，所述步骤2)中搅拌温度为80℃。