[发明专利]一种提高水系锌离子电池锌负极循环稳定性的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种提高水系锌离子电池锌负极循环稳定性的方法及其应用，包括：轧制，将锌片经过多道次轧制得到厚度为0.03～1.0mm的锌板，其中道次不小于3次且最后三道次的轧制中每道次的变形量不小于35％；挤压，将铸态的圆柱锌锭经过挤压，得到厚度为1～40mm的锌板，其中挤压比不小于8.72；铸造，将锌熔液倒入纯铜水冷模具中，制得厚度不小于30mm的锌板，其中模具导热系数不小于400w/m·k。本发明通过锌负极加工过程中的严格的精细的工艺调控，增加锌负极反应界面中的(002)晶面的极密度，使其不低于14.44，从而提高水系锌离子电池锌负极的循环稳定性。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池技术领域，涉及一种提高水系锌离子电池锌负极循环稳定性的方法及其应用，通过加工工艺使得锌负极的(002)面的极密度不低于14.44，从而提高其循环稳定性。

背景技术

能源多元化是保障我国能源安全的重要手段之一，扩大对电的应用，降低矿物能源的依赖，特别是进口石油的依赖，具有关键作用。伴随着能源缺口的加大，开发制造，改善优化电池性能就显得十分迫切。水系锌离子电池作为一种可充放电的储能器件，因其安全性好、无毒、高能量密度、高功率密度、成本低廉等优点受到了广泛关注，具有潜在的应用价值和发展前景，是目前研究的热点方向。

金属锌的储量大，来源广泛，价格低廉。更诱人的是锌离子为二价电荷，使电池可以提供更高的存储容量。然而，锌负极在充放电循环中存在锌枝晶、死锌、副反应(析氢，腐蚀，负产物)等问题。为了解决这个问题，人们提出了一些方案，如：泡沫锌电极，石墨烯掺杂，超细锌粉掺杂，稀土掺杂等，这些方案在一定程度上解决了锌枝晶、死锌等问题的同时，但无疑会极大的提高生产的成本，将大大限制其大规模应用质量和前景。

发明内容

针对现有技术中锌负极在充放电循环中存在锌枝晶、死锌、副反应等问题，本发明的目的是在于提供一种提高水系锌离子电池锌负极循环稳定性的方法及其应用，通过锌负极加工过程中的严格的精细的工艺调控，增加锌负极反应界面中的(002)晶面的极密度，使其不低于14.44，从而提高水系锌离子电池锌负极的循环稳定性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高水系锌离子电池锌负极循环稳定性的方法：

方案一：轧制

将锌片经过多道次轧制，制得锌板，其中道次不小于3次且最后三道次的轧制中每道次的变形量不小于35％；

方案二：挤压

将铸态的圆柱锌锭经过挤压，制得锌板，其中挤压比(所述挤压比为挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比，也叫挤压系数)不小于8.72；

方案三：铸造

将锌熔液倒入纯铜水冷模具中，制得锌板，其中模具导热系数不小于400w/m·k。

作为优选，方案一中，锌片的厚度为2～30mm，制得的锌板的厚度为0.03～1.0mm。

作为优选，方案二中，圆柱锌锭的直径为50～500mm，制得的锌板的厚度为1～40mm。

作为优选，方案三中，锌熔液的温度不低于500℃，制得的锌板的厚度不小于30mm。

作为优选，所述锌负极的(002)面的极密度不低于14.44。

本发明还提供了上述锌负极的应用，将其应用于水系锌离子电池。

本发明通过锌负极加工过程中的严格的精细的工艺调控，增加锌负极反应界面中的(002)晶面的极密度，使其不低于14.44，能抑制反应界面枝晶的形成，提高可逆性和库伦效率，从而有效提升电池的电化学性能。

本发明的优势为：