[发明专利]一种用于水系锌离子电池的锌负极涂层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种用于水系锌离子电池的锌负极涂层材料及其制备方法和应用。所述锌负极涂层材料为锌铋合金，通过对锌粉和铋粉进行机械球磨获得。按质量百分比，锌粉:铋粉＝98％:2％。在充满惰性气体的手套箱中，将锌粉和铋粉置于玛瑙球磨罐中，然后密封球磨罐口，防止空气进入球磨罐内；将密封好的球磨罐从手套箱中取出，固定在行星式球磨机中，启动球磨机，进行球磨反应。本发明所提供的锌铋合金作为水系锌离子电池的锌负极涂层材料时，锌铋两种元素的协同效应赋予了水系锌离子电池较优的循环寿命和较高的循环稳定性。

技术领域

本发明属于新型电池电极材料领域，特别涉及一种应用于水系锌离子电池的锌负极涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技和工业化的快速发展，传统型化石能源短缺及环境污染问题逐渐加剧，这使得人们对可持续性、环境友好型能源的需求逐渐增加，同时对高效、简便的电化学储能设备的追求也不断提高。在过去30年里，在各种电化学储能系统中，由于其高的能量密度和功率密度，锂离子电池一直主导着二次电池市场；但由于其成本昂贵且存在严重的安全问题，锂离子电池的发展遇到了瓶颈。与有机系锂离子电池相比，水系锌离子电池采用环保安全的水系电解液，锌金属作为阳极，不仅成本低廉、而且具有较低的标准电极电势(-0.76Vvs SHE)和较高的比重容量(820mA h g^-1)，这些优异的特性使得它成为电池领域的焦点之一，且被认为是未来最有潜能大规模应用的电化学储能系统。然而，由于锌被暴露在水系电解液中时电化学活性较强，这使得电池在重复循环中不可避免地遭遇严重的枝晶、析氢和腐蚀等问题。虽然为了克服这些问题，该领域科研人员实施了各种改良策略，例如：锌基质结构化设计、锌阳极表面改良和电解液优化等，但是枝晶、析氢和腐蚀等问题仍然是目前水系锌离子电池领域需要突破的核心问题。

发明内容

为了解决现有水系锌离子电池材料存在的缺陷，克服目前水系锌离子电池负极存在的枝晶、析氢和腐蚀等问题。本发明的目的在于提供一种新的水系锌离子电池锌负极界面材料-锌铋合金，该材料的制备工艺简单，原材料成本低廉，绿色环保，最重要的是它能够解决水系锌离子电池中存在的枝晶、析氢和腐蚀等问题，从而提高电池的循环性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于水系锌离子电池的锌负极涂层材料，所述锌负极涂层材料为锌铋合金，通过对锌粉和铋粉进行机械球磨获得。

进一步的，上述的一种用于水系锌离子电池的锌负极涂层材料，按质量百分比，锌粉:铋粉＝98％:2％。

一种用于水系锌离子电池的锌负极涂层材料的制备方法，包括如下步骤：

1)在充满惰性气体的手套箱中，将锌粉和铋粉置于玛瑙球磨罐中，然后密封球磨罐口，防止空气进入球磨罐内；

2)将密封好的球磨罐从手套箱中取出，固定在行星式球磨机中，启动球磨机，进行球磨反应。

进一步的，上述的制备方法，所述惰性气体为氩气。

进一步的，上述的制备方法，手套箱内，水氧值≤0.1ppm。

进一步的，上述的制备方法，锌粉和铋粉样品总体积占球磨罐体积的五分之一。

进一步的，上述的制备方法，步骤2)中，球磨时，控制球磨机的转数为360r/min。

进一步的，上述的制备方法，步骤2)中，球磨反应6h，且正转反转交替进行，正转50min后，间隔10min，再进行反转50min，间隔10min，依次交替进行至反应结束。

本发明提供的锌负极涂层材料在水系锌离子电池中的应用。

进一步的，方法如下：将锌负极涂层材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯，按重量比7:2:1混合均匀，加入适量的N-甲基-1-吡咯烷酮，搅拌均匀得浆料，将浆料均匀地涂覆到锌箔上，60℃真空干燥12小时，得锌负极极片。