[发明专利]一种含丰富氧位点材料修饰金属锌负极的制备方法及应用

说明书

本发明涉及水系锌离子电池负极材料技术领域，公开了一种含丰富氧位点材料修饰金属锌负极的制备方法及应用，该方法包括：使用氯化铁、次氮基三乙酸、异丙醇以及去离子水为原料进行溶剂热反应生成金属螯合物次氮基三乙酸铁；再将次氮基三乙酸铁粉末与粘结剂在N‑甲基吡咯烷酮中形成均匀浆料，在锌箔表面制备具有含丰富氧位点的人工保护涂层次氮基三乙酸铁复合材料。本发明构建的人工保护涂层呈现出致密的纳米棒状结构，可以实现锌离子的均匀分布和成核生长，所得复合金属锌电极作为水系锌离子电池负极材料具有优异的循环性能。

技术领域

本发明涉及水系锌离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种含丰富氧位点材料修饰金属锌负极的制备方法及应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，许多新兴的产业包括新能源汽车，智能穿戴等行业都依赖于能源的供应，使得当今的能源需求问题越来越紧迫。锂离子电池虽然在能源转换领域日益发挥着重要作用，但是锂离子电池成本高昂以及安全问题，限制了其在电动汽车等领域的应用。因此迫切需要寻找能够代替锂离子电池的绿色、安全、高效、成本低廉的新型二次储能器件。

水系锌离子电池由于水系电解液具有高的离子电导率，比有机体系电解液高2个数量级，并且具有不易燃、安全性高、无毒、成本低、制备简易等优点，因此在近年来备受青睐。与此同时，金属锌负极具有较低的标准电极电位(-0.763V)和高的析氢过电位(约1.2V)，且相比于其他金属负极在水系电解液中具备更高的安全性和稳定性；金属锌负极还具有理论容量高(820mAh g^-1)、资源丰富、价格低、低毒、导电性高等优势。但在实际运用中，金属锌负极在循环过程中的枝晶生长以及界面副反应问题极大地限制了水系锌离子电池的循环寿命以及稳定性。

因此，对水系锌离子电池的金属锌负极的改性研究具和具有重要意义。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提供了一种含丰富氧位点材料修饰的金属锌负极的制备方法，该锌负极应用在电池中具有较长的循环寿命。

本发明目的第一方面，提供了一种含丰富氧位点材料修饰金属锌负极的制备方法，包括以下步骤：

1)将质量比为0.2-0.4:1:0.5-1的氯化铁、去离子水和异丙醇混合搅拌得到混合溶液A；

2)向步骤1)所得的混合溶液A中加入次氮基三乙酸并搅拌，得到混合溶液B；

3)将步骤2)所得透明溶液B转移至反应器中在180-200℃进行溶剂热反应，反应结束后取出产物进行洗涤和干燥，得到基于中心离子三价铁离子配体为次氮基三乙酸的产物次氮基三乙酸铁白色粉末；

4)将次氮基三乙酸铁研磨至粉末颗粒大小均匀后，按比例加入粘结剂、N-甲基吡咯烷酮搅拌形成均匀浆液，然后将浆液涂布在锌箔表面构筑厚度均匀的保护涂层，即得含丰富氧位点材料修饰金属锌负极。

本发明通过以次氮基三乙酸与无水氯化铁形成的金属螯合物，与聚偏氟乙烯混合后刮涂得到均匀的具有含氧位点的人工保护涂层的金属锌负极。通过构建人工保护层是能够实现金属锌负极的稳定保护的手段。

次氮基三乙酸具有三个含氧官能团且具有四个配位键，可以与三价铁离子形成稳定的金属螯合物。同时，次氮基三乙酸铁与聚偏氟乙烯在金属锌负极表面形成均匀的含丰富氧位点的多功能人工界面保护涂层(不导电)，该多功能绝缘保护层具有规则的通道，起到离子通路和吸附的作用，有利于避免局部集中的锌离子分布，进而丰富的氧位点诱导均匀的金属锌成核和沉积。本发明所得电极材料用于水系锌离子电池负极材料时，具有较长的循环寿命。

优选的，所述步骤1)中，搅拌的时间为10-25分钟。

优选的，所述步骤2)中次氮基三乙酸与去离子水的用量质量比为1-1.3:1。

优选的，所述步骤2)中，搅拌的时间为5-20分钟。