一种3D多孔锌负载集流体、亲钠或钾的电池负极及其制备和应用的制作方法

文档序号:20002477发布日期:2020-02-22 03:18阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种3d多孔锌负载集流体,其特征在于:包括3d多孔集流体以及复合在3d多孔集流体骨架上的金属锌。

2.如权利要求1所述的3d多孔锌负载集流体,其特征在于:3d多孔集流体为3d多孔金属集流体或多孔碳集流体;

其中,所述的3d多孔金属集流体的材料为钛、铜、镍、铁、钴、锰中的至少一种;优选为多孔镍;

所述的3d多孔碳集流体的材料为碳纸,碳布,石墨烯纸,碳纳米管纸中的至少一种;优选为碳纳米管纸;

优选地,所述的3d多孔集流体的厚度为5~800μm;进一步优选为10~300μm;

优选地,所述的3d多孔集流体的孔隙率为10~90%;进一步优选为30~70%;

优选地,所述的3d多孔集流体的孔间距为0.2~400μm;进一步优选为0.4~300μm。

3.如权利要求1或2所述的3d多孔锌负载集流体,其特征在于:复合在骨架上的金属锌呈颗粒状;优选的颗粒度为10~200nm;进一步优选为20~100nm。

4.一种3d多孔锌负载集流体或权利要求1~3任一项所述的3d多孔锌负载集流体的制备方法,其特征在于:将3d多孔集流体为工作电极,以锌为对电极,在镀锌液中进行电镀,在3d多孔集流体的骨架上沉积金属锌,制得3d多孔锌负载集流体;

所述的镀锌液为包含锌盐、质子酸和表面活性剂的水溶液;其中,锌盐的含量为5~50g/l;优选为15~45g/l;

所述的质子酸的含量为5~80g/l;优选为25~60g/l;

所述的表面活性剂的含量为表面活性剂0.02~0.4g/l;优选为0.05~0.3g/l;

优选地,所述的锌盐为硫酸锌,氯化锌,乙酸锌,硝酸锌,氧化锌中的至少一种;

优选地,所述的质子酸为盐酸,硫酸,硝酸,乙酸中的至少一种;

优选地,所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂;

优选地,所述的阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磷酸酯、聚丙烯酸、op-10,ot-75中的至少一种;

优选地,所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、全氟烷基铵盐中的至少一种;

优选地,电镀过程的电流密度为1~15ma/cm2;

优选地,电镀时间为10~120s。

5.一种权利要求1~3任一项所述的3d多孔锌负载集流体或者权利要求4所述制备方法制得的3d多孔锌负载集流体的应用,其特征在于:向所述的3d多孔锌负载集流体中填充或者电沉积金属钠或钾,制得钠离子电池或者钾离子电池的负极。

6.一种3d多孔亲钠或钾的电池负极,其特征在于:包括3d多孔集流体、复合在3d多孔集流体骨架上的合金基底层以及复合在合金基底层上的活性金属层;

所述的合金基底层为钠-锌合金层,所述的活性金属层为金属钠;

或者,所述的合金基底层为钾-锌合金层,所述的活性金属层为金属钾。

7.如权利要求6所述的3d多孔亲钠或钾的电池负极,其特征在于:所述的合金基底层的厚度为10~500nm;

活性金属层的厚度优选为5~50μm。

8.如权利要求6或7任一项所述的3d多孔亲钠或钾的电池负极,其特征在于:3d多孔集流体为3d多孔金属集流体或多孔碳集流体;

3d多孔金属集流体的材料为钛、铜、镍、铁、钴、锰中的至少一种;优选为多孔镍;所述的3d多孔碳集流体的材料为碳纸,碳布,石墨烯纸,碳纳米管纸中的至少一种;优选为碳纳米管纸;

优选地,所述的3d多孔集流体的厚度为5~800μm;进一步优选为10~300μm;

优选地,所述的3d多孔集流体的孔隙率为10~90%;进一步优选为30~70%;

优选地,所述的3d多孔集流体的孔间距为0.2~400μm;进一步优选为0.4~300μm。

9.一种权利要求6~8任一项所述的3d多孔亲钠或钾的电池负极的制备方法,其特征在于:在权利要求1~3任一项所述的3d多孔锌负载集流体或者权利要求4制备方法制得的3d多孔锌负载集流体中熔融或者电沉积填充金属钠或者金属钾;使金属钠或者金属钾和3d多孔锌负载集流体的金属锌进行合金化反应,并在形成的合金基底层上相应的金属活性层;制得所述的3d多孔亲钠或钾的电池负极。

10.一种权利要求6~8任一项所述的3d多孔亲钠或钾的电池负极或者权利要求9制备方法制得的3d多孔亲钠或钾的电池负极的应用,其特征在于:将其作为钠离子或钾离子电池的负极;

优选地,将所述的负极用于组装成钠离子电池或钾离子电池。

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