[发明专利]集流体及其制备方法、锌负极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种集流体及其制备方法、锌负极及其制备方法和应用，该集流体包括依次设置的泡沫铜层、泡沫镍层和氧化镍层。具有泡沫铜层、泡沫镍层和氧化镍层的集流体在沉积锌金属作为锌负极时，锌会优先沉积到泡沫铜，其次泡沫镍，最次氧化镍，进而使得得到的集流体上形成梯度有序的锌。因此，由该锌负极组装得到的水系纤维状锌电池能够有效抑制枝晶，而且可以在纤维发生形变时保持稳定的性能，提高了电池寿命，强化了电池自身的可弯曲性，在新能源电池领域具有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种集流体及其制备方法、锌负极及其制备方法和应用。

背景技术

柔性和可弯曲的电子产品是下一代可穿戴设备的核心，它可以直接集成到用户的皮肤、衣服或便携式配饰中。鉴于其在国家安全、智慧城市、个人健康等方面的巨大潜在需求，因此这种电子产品近年来受到了广泛关注。除了发展柔性电子/传感器外，柔性器件储能也是一项不可避免的挑战。作为最有前途的新能源电池之一，水系纤维状锌金属电池因其优异的柔韧性和安全性而应用于各种设备中。

尽管水系纤维状锌金属电池具有独特的优势和蓬勃发展，但在商业化过程中仍存在三个不足之处：

1)商业化的锌纤维负极不可避免地会导致枝晶刺穿和结构塌陷，导致容量衰减和短路。

2)疏水电极表面会引起电解液分布不均匀，导致容量波动不受控制。

3)锌纤维负极的扭曲状态会引起金属在电沉积时的无序排列，导致电池性能在短时间内迅速恶化。

因此，传统锌箔或锌纤维负极上易发生的枝晶生长会严重影响了水系纤维状锌金属电池在可穿戴设备中的稳定性和利用率，特别是当与柔性电子器件或棉布纤维一起发生形变时。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集流体及其制备方法、锌负极及其制备方法和应用，以改善上述技术问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种集流体，其包括依次设置的泡沫铜层、泡沫镍层和氧化镍层。

可选地，泡沫铜层的厚度为15～25μm，优选18～22μm，更优选20μm；所述泡沫镍层的厚度为15～25μm，优选18～22μm，更优选20μm；氧化镍层的厚度为8～12μm，优选9～11μm，更优选10μm。

第二方面，本发明还提供了上述集流体的制备方法，其包括：在泡沫铜表面依次形成一层泡沫镍和一层氧化镍。

可选地，利用半模板法在多孔泡沫铜表面生长一层泡沫镍，脱模后，在泡沫镍层上喷射溅镀一层氧化镍层。

可选地，将泡沫模板部分浸渍于泡沫铜前驱体溶液中，然后干燥，再翻转泡沫模板，将泡沫模板剩余未浸渍部分浸渍于泡沫镍前驱体溶液中，再次干燥；将两次浸渍后的泡沫模板在1000～1200℃的还原气氛下进行退火，以得到泡沫铜层和泡沫镍层的双层结构；在脱模后的双层结构的泡沫镍层表面喷射溅镀一层氧化镍层。

可选地，泡沫模板为聚氨酯泡沫。

可选地，泡沫铜前驱体溶液为氯化铜溶液或硝酸铜溶液。

可选地，泡沫镍前驱体溶液为氯化镍溶液或硝酸镍溶液。

可选地，喷射溅镀形成氧化镍层时，采用的溅射靶材为镍，氩气为工作气体，氧气为反应气体。

可选地，还原气氛为H₂的气氛，退火温度为1050～1150℃，更优选为1100℃，退火时间为5～7小时，优选6小时。

第三方面，本发明还提供了一种锌负极，其包括上述集流体以及在集流体上电解沉积形成的锌。