[发明专利]一种新型水系锌离子电池的锌负极材料的制备及应用

说明书

本发明涉及一种新型水系锌离子电池的锌负极材料的制备及应用。该锌负极材料制备方法为：在室温下，将聚氯乙烯和三氟甲烷磺酸锌溶于极性溶剂中，形成制备电极材料的前驱液。用简单的刮涂法将前驱液刮涂在锌金属基片表面制备新型锌负极。聚氯乙烯中的氯原子基团可以成为引导锌沉积的活性位点，诱导均匀的锌沉积，减少腐蚀反应，同时也可以抑制枝晶形成，提高库伦效率，提高电池的电化学性能和循环寿命。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池领域，特别涉及一种新型水系锌离子电池的锌负极材料制备方法及应用。

背景技术

可充电水系锌离子电池由于具有高理论容量、低氧化还原电位、高丰度和本质安全等优点备受关注。不幸的是，将金属锌用作负极时，在重复循环过程中无法控制的枝晶生长和副反应以及析氢等问题可能会导致电池的内部短路并导致损坏，这对其商业应用构成了严峻的挑战。为克服这些障碍，人们提出了如氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维等具有导电网络结构的碳材料作为锌负极材料，虽然这些碳材料能部分抑制枝晶生长，但生产成本较高，工序复杂，限制了经济型水系锌离子电池的发展。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种新型水系锌离子电池的锌负极材料制备方法，并应用于锌负极，旨在用简单的方法解决负极枝晶问题，提高电池的循环稳定性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型水系锌离子电池的锌负极材料为聚氯乙烯和三氟甲烷磺酸锌的混合物。

聚氯乙烯具有较宽的分子量，分子链上有极性氯原子官能团，介电常数高，有较好的离子电导率，与金属基材料有优异的黏结性，同时还能与其他聚合物共混。

一种新型水系锌离子电池的锌负极材料的制备方法为：在室温下，将称取的聚氯乙烯和三氟甲烷磺酸锌置于装有极性溶剂的玻璃瓶中，加热搅拌一定时间，形成混合溶液。

优选的，按质量比，聚氯乙烯：三氟甲烷磺酸锌：极性溶剂= 1~3:1~3:15~60混合。

优选的，所用聚氯乙烯的分子量为58000~80000。

优选的，所用极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，二甲基亚砜，四氢呋喃，二氯甲烷，丙酮中的一种或几种。

优选的，搅拌加热温度为 70~85℃，最佳搅拌时间为 2h。

进一步优选的，所述获得的锌负极材料在水系锌离子电池负极中应用。

进一步优选的，所述锌负极材料在水系锌离子电池负极中应用，制备方法如下：用移液枪吸取一定体积的制备好的聚合物溶液，涂覆到一定面积的打磨锌片上，用不同厚度的刮刀将涂覆液刮涂均匀，60 ℃真空干燥12小时，得到锌负极电极片。

进一步优选的，所述锌负极电极片制备中聚合物涂覆液的体积为3~5mL,所述刮刀厚度为200~400µm。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1.本发明通过在聚氯乙烯中掺入三氟甲烷磺酸锌并制备成涂覆液涂覆于金属锌片表面成膜。该膜可以减少水与锌基体直接接触，减少副反应，同时膜表面的部分三氟甲烷磺酸锌在电解液中会溶解，增加了锌离子与膜的接触面积；

2. 本发明所用的聚合物为聚氯乙烯，介电常数高，离子电导率高，而且亲水性好，能与锌金属紧密贴合，聚合物链上的氯原子基团能够诱导锌离子沿着聚合物链进行迁移，均匀了离子通量，引导锌离子均匀沉积，抑制锌枝晶的形成，进一步提升电池的长循环稳定性和寿命。

附图说明：

图1为本发明实施例1的聚氯乙烯-三氟甲烷磺酸锌改性锌表面的扫面电镜图片；

图2为本发明实施例1的聚氯乙烯-三氟甲烷磺酸锌改性锌/锌对称电池在电流密度1mA cm^-2下的恒电流循环图；