[发明专利]具有复合纳米纤维保护层的锌负极及其制备、应用

权利要求书

1.具有复合纳米纤维保护层的锌负极，其特征是：包括锌负极基底层和涂覆在基底层上的保护层；保护层主要由多孔多中空复合纳米纤维堆叠构成；所述多孔多中空复合纳米纤维是指复合纳米纤维的横截面上具有多个中空管道和表面至中空的三维贯穿通孔微纳结构；所述多孔多中空复合纳米纤维的多个中空管道是指2~15个中空管道；所述多孔多中空复合纳米纤维的多个中空管道由无机纳米颗粒形成；

所述堆叠指保护层内部多孔多中空复合纳米纤维层层堆叠，形成三维互穿网络和堆积孔结构；所述多孔多中空复合纳米纤维的纤维壁具有多孔结构；所述三维贯穿通孔为通过纤维壁上的孔连接纤维内部中空及纤维之间三维堆积孔的贯穿通孔结构；

所述多孔多中空复合纳米纤维的材质为碳材料和/或聚合物材料；

具有复合纳米纤维保护层的锌负极的制备方法包括如下步骤：

（1）先经由同轴静电纺丝制得复合纳米纤维；所述同轴静电纺丝的外层溶液由牺牲型高分子聚合物、保留型高分子聚合物和溶剂A组成；所述同轴静电纺丝的内层溶液由牺牲型高分子聚合物、纺丝过程中可生成兼具半导体特性和低表面能物质的材料以及溶剂B组成；

（2）去除复合纳米纤维中的牺牲型高分子聚合物，即获得多孔多中空复合纳米纤维；

（3）将多孔多中空复合纳米纤维与粘合剂、溶剂C混合，得到悬浊液浆料；

（4）将悬浊液浆料均匀涂覆在锌负极基底层的表面，得到具有复合纳米纤维保护层的锌负极。

2.根据权利要求1所述的具有复合纳米纤维保护层的锌负极，其特征在于，所述基底层的材质为锌单质或锌合金。

3.根据权利要求1所述的具有复合纳米纤维保护层的锌负极，其特征在于，无机纳米颗粒为TiO₂、ZnO和SnO中的一种以上，无机纳米颗粒的粒径为2~50nm。

4.根据权利要求1所述的具有复合纳米纤维保护层的锌负极，其特征在于，保护层中还含有粘合剂，多孔多中空复合纳米纤维占保护层总质量的70~99%。

5.根据权利要求1所述的具有复合纳米纤维保护层的锌负极，其特征在于，所述多孔多中空复合纳米纤维的平均直径为100~1000nm，纤维壁上的孔径为5~200nm。

6.根据权利要求1所述的具有复合纳米纤维保护层的锌负极，其特征在于，所述中空管道的直径为10~150nm。

7.根据权利要求1所述的具有复合纳米纤维保护层的锌负极，其特征在于，所述保护层包含单一材质的所述多孔多中空复合纳米纤维或两种以上不同材质的所述多孔多中空复合纳米纤维。

8.根据权利要求1所述的具有复合纳米纤维保护层的锌负极，其特征在于，所述保护层的厚度不超过200μm，所述保护层的杨氏模量为1GPa~20GPa。

9.如权利要求1~8中任一项所述的具有复合纳米纤维保护层的锌负极的制备方法，其特征是包括如下步骤：

（1）先经由同轴静电纺丝制得复合纳米纤维；所述同轴静电纺丝的外层溶液由牺牲型高分子聚合物、保留型高分子聚合物和溶剂A组成；所述同轴静电纺丝的内层溶液由牺牲型高分子聚合物、纺丝过程中可生成兼具半导体特性和低表面能物质的材料以及溶剂B组成；

（2）去除复合纳米纤维中的牺牲型高分子聚合物，即获得多孔多中空复合纳米纤维；

（3）将多孔多中空复合纳米纤维与粘合剂、溶剂C混合，得到悬浊液浆料；

（4）将悬浊液浆料均匀涂覆在锌负极基底层的表面，得到具有复合纳米纤维保护层的锌负极。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述牺牲型高分子聚合物和所述保留型高分子聚合物是指在一定处理条件下能够存留保留型高分子聚合物而去除牺牲型高分子聚合物。