[发明专利]一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及无枝晶金属负极制备技术领域，具体为一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用，所述锌金属电池采用具有亲锌层的负极集流体，所述亲锌层为亲锌的离子、电子或混合离子导体层中的一种或多种。通过有效控制金属锌均匀地沉积可以有效延长其循环寿命，构筑合适的负极集流体有助于提高其电镀/剥离效率和形成均匀地锌沉积积形貌，极大的提高了无负极锌金属电池的能量密度和安全性能。

技术领域

本发明涉及无枝晶金属负极制备技术领域，具体为一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

基于当前对能源存储日益增长的需求，高安全、无枝晶、长寿命、高容量的二次储能可充放电电池的开发迫在眉睫。锌的体积理论比容量5580mAh cm^-3，锌电池因金属锌的优异特性以及电解液易制备、价格低廉、绿色，且电池组装条件比较简易等优点，而颇受欢迎。然而，在实际应用中，金属锌的实际利用率比较有限，当放电深度不充分时，过量的锌被用在锌电池体系中，实际能量密度低于理论能量密度；而当深度放电时，金属锌箔通常会被腐蚀消耗和产生严重枝晶而造成电池性能降级。而恰好，无负极电池体系为上述问题提供了一条解决途径。

无负极锌金属电池的构成为：负极集流体/隔膜或电解质/富锌正极/正极集流体。开发高性能的无负极电池被认为是实现高能量密度金属电池的终极解决方案。但是，发明人发现，尽管无负极电池体系可以实现高的能量密度，然而目前无负极电池的循环寿命较短，短的循环寿命限制了其实际应用，急需多种策略改善其性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开的目的是提供一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用，通过有效控制金属锌均匀地沉积可以有效延长其循环寿命，构筑合适的负极集流体有助于提高其电镀/剥离效率和形成均匀地锌沉积形貌，极大的提高了无负极锌金属电池的能量密度和安全性能。

具体地，本公开的技术方案如下所述：

在本公开的第一方面，提供一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池，所述锌金属电池采用具有亲锌层的负极集流体，所述亲锌层为亲锌的离子、电子或混合离子导体层中的一种或多种。

在本公开的第二方面，提供一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池的制备方法，包括制备具有亲锌层的负极集流体、制备富锌正极、组装无负极锌金属电池。

在本公开的第三方面，上述高能量密度、高安全无负极锌金属电池在储能领域中的应用。

本公开中的一个或多个技术方案具有如下有益效果：

(1)本公开制备的负极集流体，具备较好的亲锌特性，能够具有较低的形核壁垒、有较快的锌离子传输速率并且能够全方位诱导金属锌均匀沉积，实现显著改善的库伦效率，有效改善无负极锌金属电池的循环性能。

(2)、通过在负极集流体上设计亲锌层，让人惊喜的是，极大的提高了负极集流体与电解液的相容性，进一步抑制了枝晶的生成。

(3)本公开制备的无负极负极集流体，可选择范围广，不仅提供了一种新颖的无负极锌金属电池体系，而且该公开提出的方案可制备出多种类型的亲锌层，提供了几种有效制备无负极锌金属电池的负极集流体的策略。

(4)本公开的制备方法具有可规模化制备，反应过程无毒无污染的技术优势，成本低廉，操作简便。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

以下，结合附图来详细说明本公开的实施方案，其中：