[发明专利]一种锌基电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锌基电池负极材料及其制备方法，该负极材料包括锌基以及负载在锌基表面的石墨烯，其制备包括以下步骤：(1)将锌基进行表面处理过后，放置在稀酸中除去表面氧化层，待用；(2)将氧化石墨烯置于水中，超声分散得到氧化石墨烯溶液；(3)将处理后的锌基置于氧化石墨烯溶液中进行反应，然后分别用去离子水和电解液浸泡，即得所述锌基电池负极材料。与现有技术相比，本发明的负极材料在电流密度为0.2毫安每平方厘米，0.5摩尔每升的硫酸锌电解液中稳定循环150圈，有效抑制了循环过程中枝晶生长刺穿隔膜现象；且制备方法简单，适合于大规模应用。

技术领域

本发明涉及储能材料领域，具体涉及一种锌基电池负极材料及其制备方法。

背景技术

由于环境污染和能源短缺，新能源二次电池已经成了人们关注和研究的热点。锌基电池是一种非常重要的储能器件，因为金属锌的丰富储量和较高的能量密度，在传统一次电池中占有很大的市场份额。水系锌离子电池，锌空电池等二次电池具有较高的能量密度，对环境污染小，电池工艺相对有机电池体系简单，价格低廉，同时能有效避免现有商业锂电池中存在的热失控等安全问题，受到广泛的关注。目前水系锌离子电池仍然存在着枝晶，自放电，体积膨胀，库伦效率等问题，特别是因为在循环过程中生长的枝晶刺穿隔膜造成电池短路的问题，限制了水系锌离子电池的进一步发展，因此解决负极材料枝晶生长问题显得尤为重要，可以说负极材料决定了锌离子电池能否商业化发展，因此开发具有优异性能的负极材料是研究锌基电池中最为关键的问题之一。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能有效解决负极材料枝晶生长问题的锌基电池负极材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锌基电池负极材料，该负极材料包括锌基以及负载在锌基表面的石墨烯，其中，石墨烯的厚度为0.1～100μm。本发明在锌基表面负载石墨烯，形成单片层或少片层，不仅有效的增加了锌负极与电解液的接触面积，而且这些单片层或者少片层且分散均匀的石墨烯在锌片表面形成了一层物理缓冲层，减小了在循环过程中负极材料的体积变化，在循环了300小时后电池仍然能够正常充放电，而改性前的锌片在循环了100小时左右电池开始不稳定，循环到140小时左右电池彻底短路，改性后的锌负极有效的解决了枝晶刺穿隔膜的问题。

所述的锌基为锌板、锌片或者锌箔。

一种如上所述锌基电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锌基进行表面处理过后，放置在稀酸中出去表面氧化层，待用；

(2)将氧化石墨烯置于水中，超声分散得到氧化石墨烯溶液；

(3)将处理后的锌基置于氧化石墨烯溶液中进行反应，然后分别用去离子水和电解液浸泡，即得所述锌基电池负极材料。

金属锌片置于石墨烯水溶液中，由于二者存在电势差使得氧化石墨烯在锌片表面发生静电吸附，并且发生电子交换，即发生氧化还原反应，使得金属锌失去电子变成锌离子，氧化石墨烯表面官能团得到电子使得氧化石墨烯被还原。

所述表面处理包括以下步骤：将锌基置于丙酮溶液中，超声清洗，再依次用无水乙醇和去离子水冲洗表面。上述操作可以将锌基表面的有机污染物去除。

所述稀酸包括稀盐酸、稀硫酸、氢氟酸或乙酸，所述稀酸的质量浓度为1％～3％。在稀酸中浸泡，可以将锌基表面的氧化层除去，使得锌基表面表现出较强的还原性。

所述锌基在稀酸中的停留时间为1～10s。

所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.01～3g/L。本发明的氧化石墨烯可使用hummers法将石墨经过多步氧化制备得，也可以用商业氧化石墨烯经过活化制得。具体如下：