一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法及其应用

本发明属于水系锌离子电池负极材料，本发明涉及一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法及其应用。具体为负载酶解木质素的石墨相氮化碳的复合材料作为水系锌离子电池负极涂层材料，并将其应用到制备水系锌离子电池的负极材料。

背景技术：

1、可穿戴电子产品和电动汽车的快速发展刺激了对探索新兴储能系统的需求不断增长，但是锂离子电池能量密度有限和有机电解液存在潜在的安全问题，而水性多价离子电池由于通过多重电子转移和水性电解质使用的高能量供应而具有很大的前景。在主要的金属中，zn的理论比容量(5855mah cm-3)超过了锂金属的理论比容量(2061mah cm-3)。此外，zn具有高氧化还原电位(相对于标准氢电极为-0.76v)，这使其能够在水性电解质中工作，其离子电导率比有机电解质高，这将最终导致一个显著的速率性能。zn的其他优点还涉及不可燃性、低成本和高安全性，所有这些优点都特别有益于实际的可穿戴技术。尽管到目前为止，在锌存储材料和器件的探索方面都取得了重大进展，但部分问题阻碍了水系锌离子电池商业化应用，主要是负极存在枝晶生长、析氢、表面腐蚀和副产物形成等问题。

2、目前，大多数研究多以木质素磺酸盐的形式应用在各个领域中，例如：木质素磺酸钠被应用在电解液添加剂中。酶解木质素存在微溶于电解液的可能性，不能直接作为涂层涂敷于锌箔表面；在以往的研究中有采用将石墨相氮化碳直接作为水系锌离子电池锌负极涂层改性，但是石墨相氮化碳不能有效的抑制电解液对于锌负极表面的腐蚀，其电池循环充放电效果较差。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，针对锌负极枝晶的生长、析氢、腐蚀等问题，本发明提供一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法及其应用，通过将酶解木质素负载在石墨相氮化碳上制备所需的锌负极涂层材料。涂层材料作为水系锌离子电池负极材料的保护层，可以解决锌离子电池负极在充放电过程中产生的问题，抑制锌负极发生析氢、腐蚀、副反应、枝晶，有效提升水系锌离子电池的稳定性和充放电循环效率。

2、本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)以尿素为原材料通过热处理得到淡黄色固体粉末；

5、(2)以淡黄色固体粉末、酶解木质素和聚偏二氟乙烯(pvdf)按照质量比球磨混合，滴加n-甲基吡咯烷酮(nmp)搅拌至涂料状；得到负极涂层材料。

6、进一步的，步骤(1)中将尿素置于坩埚中于马弗炉热处理，热处理的条件：升温速率4-5℃/min，煅烧温度500-600℃，煅烧时间2-3小时。

7、进一步的，步骤(2)石墨相氮化碳、酶解木质素与聚偏二氟乙烯(pvdf)以1-5∶1∶1的质量比混合，球磨混合转速600-650r/min，时间30-60min，滴加的n-甲基吡咯烷酮(nmp)为5-7滴。

8、优选的，步骤(1)中将尿素置于坩埚中于马弗炉热处理，热处理的条件：升温速率4.6℃/min，煅烧温度550℃，煅烧时间2小时。

9、优选的，步骤(2)石墨相氮化碳、酶解木质素与聚偏二氟乙烯(pvdf)以5∶1∶1的质量比混合，球磨时间30min。

10、酶解木质素优选购自山东龙力集团。

11、本发明还请求保护上述制备方法制备得到的负极涂层材料在制备锌负极材料的应用，具体为：采用涂覆机将涂层材料涂覆在锌箔上制备锌负极材料。

12、本发明采用石墨相氮化碳为基体材料，将酶解木质素负载在石墨相氮化碳中合成酶解木质素石墨相氮化碳复合材料，合成的材料不仅具有较强的机械性能和化学稳定性，还可以有效的抑制电解液对锌负极表面的腐蚀。

13、本发明与现有技术相比的有益效果是：

14、(1)本发明采用石墨相氮化碳为基体负载酶解木质素合成酶解木质素石墨相氮化碳复合材料，该合成材料具有较强的机械性能和化学稳定性，且其拥有丰富的亲锌活性位点，可以诱导锌离子均匀沉积，抑制枝晶反应；该复合材料中含有的活性基团可以与电解液中的h+形成氢键，可抑制锌负极副反应的发生和析氢反应，从而提高了锌电池的循环寿命。

15、(2)本发明以合成的酶解木质素石墨相氮化碳复合材料作为涂层材料应用在水系锌离子电池中，可有效抑制电解液对锌负极的腐蚀，提高了水系锌离子电池的循环稳定性。

技术特征：

1.一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中将尿素置于坩埚中于马弗炉热处理，热处理的条件：升温速率4-5℃/min，煅烧温度500-600℃，煅烧时间2-3小时。

3.如权利要求1所述的一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法，其特征是，步骤(2)石墨相氮化碳、酶解木质素与聚偏二氟乙烯以1-5∶1∶1的质量比混合，球磨混合转速600-650r/min，时间30-60min，滴加的n-甲基吡咯烷酮为5-7滴。

4.如权利要求1所述的一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中将尿素置于坩埚中于马弗炉热处理，热处理的条件：升温速率4.6℃/min，煅烧温度550℃，煅烧时间2小时。

5.如权利要求1所述的一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法，其特征是，步骤(2)石墨相氮化碳、酶解木质素与聚偏二氟乙烯以5∶1∶1的质量比混合，球磨时间30min。

6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的负极涂层材料在制备锌负极材料的应用。

7.如权利要求6所述的应用，其特征是，采用涂覆机将涂层材料涂覆在锌箔上制备锌负极材料。

技术总结
本发明属于水系锌离子电池负极材料技术领域，公开了一种水系锌离子电池的负极涂层材料的制备方法及其应用。本发明采用石墨相氮化碳为基体材料，将酶解木质素负载在石墨相氮化碳中合成酶解木质素石墨相氮化碳复合材料，合成的材料不仅具有较强的机械性能和化学稳定性，还可以有效的抑制电解液对锌负极表面的腐蚀。通过将酶解木质素负载在石墨相氮化碳上制备所需的锌负极涂层材料。涂层材料作为水系锌离子电池负极材料的保护层，可以解决锌离子电池负极在充放电过程中产生的问题，抑制锌负极发生析氢、腐蚀、副反应、枝晶，有效提升水系锌离子电池的稳定性和充放电循环效率。

技术研发人员：张晓琳,罗梓菡,李文,刘旭东
受保护的技术使用者：大连大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/10