[发明专利]一种锌负极改性三维集流体的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种锌负极改性三维集流体的制备方法及应用，所述制备方法具体为：首先利用银镜反应在集流体表面沉积纳米银单质颗粒，再利用电化学合金化法对改性后集流体施加一定电流，使得表面纳米银颗粒部分甚至全部转化为AgZn₃合金相界面层，得到锌负极改性三维集流体。该化学沉积方法和电化学合金化方法结合能实现对所得集流体材料表面结构和界面层形貌的精确可控，将本发明的改性集流体材料应用于水系锌离子电池体系中能同时显著抑制锌负极枝晶生长和大幅延长锌离子电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及水系锌离子电池技术领域，特别涉及一种锌负极改性三维集流体的制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池(LIB)由于其高能量密度和长循环寿命，占据了目前商业化电池的主体地位，但是短缺的金属锂资源、高成本、苛刻的制备条件以及有毒、易燃有机电解质的使用严重阻碍了锂离子电池的进一步应用和发展。其中，可充电的水系锌离子电池(ZIB)因其制备简单、成本低廉、安全环保、能量和功率密度较高，并可快速充放电而备受研究人员的关注，已经成为锂离子电池的潜在替代品。

高理论比容量(820mA·h/g)、储量丰富、无毒害、易处理等诸多优势，使金属锌成为锌离子电池中最主要的负极材料。但是但在电池循环过程中，金属锌负极表面的枝晶生长、缓慢腐蚀和钝化，以及不可避免的析氢等是影响锌离子电池安全性和稳定性的根本性问题，是可充水系锌电池商业化的障碍。

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、缓慢腐蚀以及循环寿命较短的问题，本发明提供了一种锌负极改性三维集流体的制备方法及应用，其目的是为了发挥商业三维集流体的优势，解决其不能承受较大电流密度，不能在较大放电深度下保持稳定锌沉积的问题，构筑基于三维亲锌复合锌负极的水系电池，实现电子的高效传输以及电极结构的高稳定性，获得高能量密度、长循环、低成本的锌离子电池。

为了达到上述目的，本发明提供了一种锌负极改性三维集流体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：利用银镜反应在三维集流体表面沉积纳米银颗粒，得到纳米银修饰三维集流体；

步骤2：利用电化学方法将纳米银修饰三维集流体表面的纳米银颗粒合金化，得到锌银合金层；

步骤3：使用有机溶剂进行清洗，烘干，得到改性三维集流体。

优选地，所述的三维集流体为泡沫铜，泡沫镍，不锈钢网中的一种，进一步优选为不锈钢网。

优选地，所述步骤1具体为：

步骤1.1：将三维集流体用强碱溶液进行浸泡，然后取出清洗；

步骤1.2：将步骤1.1清洗后的三维集流体在银离子溶液中进行浸泡30～90min；

步骤1.3：配制葡萄糖溶液，并将葡萄糖溶液进行水浴加热，然后将三维集流体从银离子溶液中取出并放入热葡萄糖溶液中浸泡2～20min；

步骤1.4：将银离子溶液加入到热葡萄糖溶液中，继续水浴加热进行银镜反应，反应完成后，取出三维集流体清洗，烘干，得到表面沉积纳米银的纳米银修饰三维集流体。

优选地，所述步骤1.1中，强碱为氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂中的一种或多种；所述强碱溶液的质量浓度为10～20wt％，浸泡时间为10～60min，进一步优选为30min。

优选地，所述银离子溶液浓度为0.08～0.18mol/L，所述葡萄糖溶液浓度为0.05～0.2mol/L；更为优选地，所述银离子溶液浓度为0.1mol/L，葡萄糖溶液浓度为0.1mol/L。

优选地，所述步骤1.3和1.4中，水浴加热温度为50～80℃，进一步优选为60℃。

优选地，所述1.4中，银镜反应时间为60～120min，进一步优选为90min。