[发明专利]化学钝化层保护的金属锌负极及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种化学钝化层保护的金属锌负极，化学钝化层是通过化学钝化法在锌金属负极表面原位生成；化学钝化法所用钝化液的活性成分为钒酸盐、硅酸盐、钛酸盐中的一种或几种，溶剂为水。发明人还建立了相应制备方法。据此，发明人还研制了相应水系锌离子电池，由于钝化层分布均匀，可以有效地隔绝水和氧气，具有防腐蚀的特性，抑制锌负极在充放电循环中的析氢副反应；同时，锌负极能够诱导锌的均匀沉积，抑制枝晶的生长，显著提升锌负极的循环性能，提高锌负极的循环稳定性。总之，本发明锌金属负极的生产工艺简单、原料成本低廉，所得电池产品效果良好，适合于大规模生产。

技术领域

本发明属于电池材料制备技术领域，尤其涉及一种化学钝化层保护的金属锌负极及其制备方法与应用。

背景技术

人类社会的发展伴随着对能源需求的不断提高，传统化石燃料对环境造成的巨大污染促使人们将目光转移到风能、太阳能、潮汐能等新型可再生能源上，然而，这些可再生能源的区域性、不连续性与不可控性极大地限制了其可利用程度，因此，需要发展一种能源储存系统，有效地对这些间歇性能源进行储存与转化。其中，锂离子电池由于具有高输出电压和高能量密度，已被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车领域。然而，锂资源的匮乏和有机电解液易燃的特性很大程度上降低了锂离子电池在新型大规模储能系统中的竞争性。

与有机电解液相比，水系电解液具有安全、离子电导率高(～1S cm^-1)和成本低廉等优势，被视为新一代大规模储能系统的有力竞争者。在当前各类水系金属电池中，金属锌由于具有较低的氧化还原电位(-0.763V vs.标准氢电极)、高的理论比容量(819mAh g^-1)和丰富的储量(约占地壳中的75ppm)，从诸多水系金属电池体系中脱颖而出，成为新一代大规模储能系统的有力竞争者之一。

水系锌离子电池的能量储存与转化是通过Zn²⁺在正负极之间的迁移来实现的，其中，金属锌负极在循环过程中会发生如枝晶生长，腐蚀(析氢)等副反应，这些问题导致了锌的不可逆消耗，降低了其沉积/溶解效率，同时也会使得整个电池的使用寿命大大降低。因此，开发具有抗腐蚀能力和均匀锌沉积的高度稳定可逆的锌负极是提高锌离子电池使用寿命，发展高性能水系锌离子电池的前提。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉且效果良好的化学钝化层保护的金属锌负极及其制备方法与应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

化学钝化层保护的金属锌负极，化学钝化层是通过化学钝化法在锌金属负极表面原位生成；化学钝化法所用钝化液的活性成分为钒酸盐、硅酸盐、钛酸盐中的一种或几种，溶剂为水。

上述化学钝化层保护的金属锌负极的制备方法，将锌箔浸泡于钝化液中。

锌箔的厚度为10～200μm。

浸泡的时间为5～60min，温度为20～80℃。

浸泡的时间为15min。

钝化液的浓度为5～30g L^-1、pH值为1～6。

pH值采用无机酸来调节。

无机酸为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种或几种。

上述化学钝化层保护的金属锌负极用于装配水系锌离子电池。