[发明专利]一种锌负极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种锌负极极片及其制备方法和应用，所述锌负极包括锌金属基片及位于所述锌金属基片表面的人工固体电解质界面保护层，所述人工固体电解质界面保护层包括锌‑有机配合物，所述保护层可以诱导锌的均匀沉积，使锌的沉积更加致密，同时，该保护层具有较低的透水率，可有效抑制锌金属电池在充放电循环中的副反应，包括电解液造成的锌金属腐蚀和析氢反应，从而起到大大提高锌金属电池循环性能和安全性的作用。

技术领域

本发明属于锌金属电池技术领域，涉及一种锌负极极片及其制备方法和应用。

背景技术

目前锂离子电池在电动汽车和便携式电子设备领域得到了广泛的应用。然而锂离子电池存在锂资源短缺、成本高、安全性差等问题,阻碍了其在大规模储能中的应用。与基于有机电解液的电池相比,水系电池兼具安全性高、成本低、易于装配等优点,在众多电池体系中有着无可比拟的优势。传统的铅酸电池、镍氢电池和全钒液流电池等水系电池已运用于规模储能领域,但因其电解液的腐蚀与毒性问题,导致安全性与环境污染问题仍然突出,而未来的大规模储能市场需要更加安全兼具绿色环保的新兴储能系统。

锌电池作为最古老的电池之一，与锂离子电池(LIB)相比，锌电池中为水系电解液，极大地解决了安全性的问题。最近，可再充电锌金属电池作为一种安全、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正极材料的研究已经相当成熟。相反，关于负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(相对于标准氢电极为-0.76V)和理论容量较高(820mAhg^-1)，而成为了负极的优秀候选者。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。

因此，开发一种制备方法简单可行、具有均匀的锌沉积、耐腐蚀且高度稳定的锌负极具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锌负极极片及其制备方法和应用，所述负极极片包括含锌金属基片以及位于锌金属基片表面的人工固体电解质界面保护层，所述保护层可以诱导锌的均匀沉积，使锌的沉积更加致密，同时，该保护层具有较低的透水率，可有效抑制锌金属电池在充放电循环中的副反应，包括电解液造成的锌金属腐蚀和析氢反应，从而起到大大提高锌金属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，本发明提供了一种锌负极极片，所述锌负极包括锌金属基片及位于所述锌金属基片表面的人工固体电解质界面保护层，所述人工固体电解质界面保护层包括锌-有机配合物。

本发明提供的负极极片包括含锌金属基片以及位于锌金属基片表面的人工固体电解质界面保护层，所述保护层指代锌金属与有机配体分子和溶剂反应形成的锌金属-有机配合物，由于金属-有机配合物独特的结构，使锌的沉积更加均匀致密，离子传导率高。同时该保护层具有较低的透水率，可有效抑制锌金属电池在充放电循环中的副反应，从而大大提高锌金属电池的循环性能和安全性。

优选地，所述锌金属基片的材料包括锌片和/或锌粉。