一种用于锌离子电池的柔性锌负极及其制备方法

本发明属于锌离子电池，具体涉及一种用于锌离子电池的柔性锌负极及其制备方法。

背景技术：

1、随着人类社会对能源的需求不断增加，开发利用清洁可再生的能源成为世界各国应对能源危机的主要方式。由于多数可再生清洁能源都是间隙性能源，不能实现能量的连续供应，因而迫切需要开发低成本、高安全的大规模储能系统。在一系列储能系统中，水系锌离子电池因本质高安全性、资源丰富、比能量高、环境友好等综合优势，被认为是储能规模应用的理想技术之一，受到研究和产业界的广泛关注。然而水系锌离子电池的工程化应用受制于正负极、隔膜、电解液等关键瓶颈材料，亟需提升循环稳定性等电化学性能。锌离子电池负极主要由锌金属组成。然而，锌金属在弱酸性电解质趋向于发生析氢反应，导致了电极表面局部ph升高，大量的oh-离子促进了碱式硫酸锌副产物的生成。同时，在循环过程中，由于电极表面的尖端效应，锌离子倾向于沉积在电场较为集中的区域，加速了枝晶的生长。由此产生的枝晶、腐蚀、钝化等问题恶化了锌负极的性能，严重缩短了水系锌离子电池的循环寿命，最终导致锌离子电池失效，制约了其大规模应用。因此，通过锌负极的表面和界面工程来设计用于无枝晶、无副反应的长寿命锌负极成为近年来国内外研究的热点。此外，锌离子电池在柔性电子领域也具有良好的应用前景，可为可穿戴电子设备提供低成本、高安全、高容量的电源器件。因而开发具有良好的锌枝晶抑制能力且可承受机械变形的柔性锌负极对构筑柔性锌离子电池具有重要意义。然而，目前柔性锌负极的制备方法往往比较复杂，或不能兼顾机械性能与电化学性能，不能满足柔性锌离子电池商业化的应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种用于锌离子电池的柔性锌负极及其制备方法。本发明制备工艺简单，所制备的锌负极具有良好的电化学动力学和抑制锌枝晶性能，同时具有良好的机械柔性，可以应用于低成本、高性能、高安全柔性锌离子电池。

2、为实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

3、一种柔性锌负极的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1、电化学处理导电石墨纸基底：将一定厚度的导电石墨纸作为工作电极，铂片为对电极，18mol/l的浓硫酸为电解液，采用恒电位法处理30～60min；然后将处理后的石墨纸在去离子水中浸泡12～24h，取出后分别用去离子水与无水乙醇清洗干净，并在60～80℃的烘箱中干燥12～24h，得到电化学处理的导电石墨纸基底；

5、步骤2、配制镀锌溶液：将一定量的二水合柠檬酸钠(na3c6h5o7·2h2o)和硫酸锌(znso4)加入到去离子水中，搅拌混合均匀，得到镀锌溶液；

6、步骤3、电化学沉积锌负极：将步骤1得到电化学处理的导电石墨纸基底作为工作电极，铂片为对电极，ag/agcl电极为参比电极，将步骤2得到的镀锌溶液作为电解液，采用恒电位法反应10～60min；反应结束后将工作电极取出，用去离子水和无水乙醇冲洗干净，然后在60～80℃的烘箱中干燥12～24h，得到柔性锌负极。

7、进一步的，步骤1中所述石墨纸的厚度为0.05～0.1mm。

8、进一步的，步骤1中所述恒电位法施加的电压为1.5～2.0v。

9、进一步的，步骤2中所述二水合柠檬酸钠的摩尔浓度为0.5～1mol/l。

10、进一步的，步骤2中所述硫酸锌的摩尔浓度为0.1～0.5mol/l。

11、进一步的，步骤3中所述恒电位法施加的电压为-1.6～-1.2v。

12、根据本发明的第二方面，提供一种柔性锌负极，由所述的制备方法制得。

13、根据本发明的第三方面，提供所述柔性锌负极在锌离子电池中的应用。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、1、利用导电石墨纸作为锌负极的基底，可实现良好的柔性与导电性；通过电化学处理后，石墨片层在电化学作用下暴露出内部更多的石墨片层，使原本的平整的表面变成三维粗糙表面，有助于提升锌沉积的负载量和稳定性；

16、2、本发明所制备的柔性锌负极具有更低的电化学转移阻抗和良好的抑制锌枝晶生成的能力，有助于提升锌离子电池的循环寿命。

技术特征：

1.一种柔性锌负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的柔性锌负极的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述石墨纸的厚度为0.05～0.1mm；所述恒电位法施加的电压为1.5～2.0v。

3.根据权利要求1所述的柔性锌负极的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述二水合柠檬酸钠的摩尔浓度为0.5～1mol/l；所述硫酸锌的摩尔浓度为0.1～0.5mol/l。

4.根据权利要求1所述的柔性锌负极的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述恒电位法施加的电压为-1.6～-1.2v。

5.一种柔性锌负极，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到。

6.如权利要求5所述的柔性锌负极在锌离子电池中的应用。

技术总结
本发明公开一种用于锌离子电池的柔性锌负极及其制备方法，包括以下步骤：1)电化学处理导电石墨纸基底；2)配制镀锌溶液；3)电化学沉积锌负极。本发明工艺简单，制备出的柔性锌负极具有良好的机械柔性，同时具有良好的电化学动力学和抑制锌枝晶性能，可以应用于低成本、高性能、高安全柔性锌离子电池中。

技术研发人员：冯婷婷,谭杰,吴孟强
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21