一种修饰锌金属电极的方法及应用与流程

本发明涉及h01m10，更具体地，本发明涉及一种修饰锌金属电极的方法及应用。

背景技术：

1、水基二次电池具有操作安全、低成本、环保的特点，其中，水基锌金属电池的理论容量高(820mah/g或5855mah/cm3)，还原电位低(-0.76v对标准氢电极)，而被广泛研究。然而，锌金属电池仍存在一些问题，如枝晶生长失控、电解液腐蚀严重、析氢低等。

2、专利号cn113745675a提供了一种利用负电骨架水凝胶作为修饰层保护的锌电极及制备方法，通过负电骨架水凝胶薄层的引入，提高电导，且表面致密，极少出现微裂纹，有效限制了析氢反应。专利号cn113488607a提供了一种具有功能性纳米材料修饰层的金属锌负极的制备和应用，通过碳纳米管、氧化锌、二氧化硅和铜纳米线等功能性纳米材料的掺入，调控锌离子溶解及沉积时的电场和离子场，有效抑制锌枝晶的生长。

3、然而上述修饰锌金属电极均是通过特殊的材料掺入工艺来进行改进，工艺较为复杂，且并未研究修饰后的电极的稳定性。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种修饰锌金属电极的方法，其特征在于，方法如下：(1)锌箔前处理；(2)酸刻蚀。

2、作为本发明一种优选的技术方案，所述步骤(1)包括锌箔浸泡，超声，干燥，清洗，得到第一锌箔。

3、作为本发明一种优选的技术方案，所述锌箔浸泡时选用的溶液为醇类。

4、优选的，所述醇类为乙醇。

5、作为本发明一种优选的技术方案，所述超声时间10-20min。

6、进一步优选的，超声时间为15min。

7、作为本发明一种优选的技术方案，所述干燥温度为55-62℃。

8、优选的，所述干燥温度为60℃。干燥时间3-4h。

9、所述步骤(1)具体为将锌箔裁剪为直径15mm的圆片，浸泡在200ml乙醇中，超声15分钟，取出超声后锌箔，置于60℃干燥3.5h，取出干燥后锌箔，用200ml去离子水冲洗，得到第一锌箔。

10、作为本发明一种优选的技术方案，所述步骤(2)具体为第一锌箔放入200ml酸性蚀刻液，控制温度35-44℃，静置2-3min，取出，得到修饰锌金属阳极。

11、作为本发明一种优选的技术方案，所述酸性蚀刻液包括无机酸、无机盐和去离子水。

12、所述无机盐选自氯化锂、氯化钠、氯化钾的一种或多种。

13、作为本发明一种优选的技术方案，所述酸性蚀刻液中，无机酸、无机盐和去离子水的重量比为(6-9)：(9-12)：(65-75)。

14、优选的，所述无机酸、无机盐和去离子水的重量比为8：10：70。

15、作为本发明一种优选的技术方案，所述无机酸选自磷酸、偏磷酸、盐酸、硫酸的一种或多种。

16、优选的，所述磷酸为含量83-89wt％的磷酸水溶液。

17、进一步优选的，所述磷酸为含量85wt％的磷酸水溶液。

18、未经处理的锌当阳极，在充放电循环过程中，会有不规则的枝晶产生，导致隔膜刺穿从而造成短路。申请人通过大量的实验发现，通过特定酸蚀刻液—磷酸、氯化锂和水的混合物，不仅可以使得修饰后的锌金属电极循环效率和库伦效率提升，而且使电池得到锌金属电极具有较好的稳定性，在高温和低温测试条件下性能未发生明显下降。申请人猜测，这可能是由于，经过特定酸性蚀刻液处理后，锌阳极表面生成致密的磷酸锌，增强锌离子的沉积和溶解的行为，此外，锌阳极表面携带li+和cl–后，以此作为工作电极，另一片圆形zn箔为参比电极和对电极定制电池，li+会在锌表面形成一层li2o/li2co3屏蔽层，抑制zn枝晶生长，提高了循环效率和库伦效率；另外，cl–的存在减少了极化并增加了离子迁移，上述作用协同发挥，提高了锌金属电极的沉积均匀性和耐蚀性，从而使电极更加稳定，性能不易下降。

19、本发明第二个方面提供了一种修饰锌金属电极的方法的应用，所述修饰锌金属电极的方法应用于二次电池领域。

20、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

21、(1)通过简单的酸刻蚀让锌阳极表面生成致密的磷酸锌，增强zn离子的沉积和溶解的行为。

22、(2)通过在酸刻蚀时使用特定比例的磷酸水溶液，使修饰后的电极的循环以及库伦效率都有所提升。

23、(3)通过在酸刻蚀时使用特定比例的氯化锂，进一步抑制了zn枝晶的生长，对锌离子溶解及沉积时的电场和离子场进行调控，并且减少极化的发生，提升修饰锌金属电极的电化学性能。

24、(4)通过前处理和酸刻蚀的整体方法，使得到的锌阳极有较好的耐蚀性和较少的树枝状沉积，从而使得其具有良好的锌密封性，提高锌离子的动力学迁移，调节锌的沉积/溶解行为，最终提高电化学性能。

25、(5)通过前处理和酸刻蚀的整体方法，协同作用，使修饰后的锌金属电极的沉积均匀性和耐蚀性提升，从而使电极更加稳定，性能不易下降。

技术特征：

1.一种修饰锌金属电极的方法，其特征在于，方法如下：(1)锌箔前处理；(2)酸刻蚀。

2.根据权利要求1所述的修饰锌金属电极的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括锌箔浸泡，超声，干燥，清洗，得到第一锌箔。

3.根据权利要求2所述的修饰锌金属电极的方法，其特征在于，所述锌箔浸泡时选用的溶液为醇类。

4.根据权利要求2所述的修饰锌金属电极的方法，其特征在于，所述超声时间10-20min。

5.根据权利要求2所述的修饰锌金属电极的方法，其特征在于，所述干燥温度为55-62℃。

6.根据权利要求1-5任一项所述的修饰锌金属电极的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为第一锌箔放入酸性蚀刻液，控制温度35-44℃，静置2-3min，取出，得到修饰锌金属阳极。

7.根据权利要求6所述的修饰锌金属电极的方法，其特征在于，所述酸性蚀刻液包括无机酸、无机盐和去离子水。

8.根据权利要求7所述的修饰锌金属电极的方法，其特征在于，所述酸性蚀刻液中，无机酸、无机盐和去离子水的重量比为(6-9)：(9-12)：(65-75)。

9.根据权利要求7或8所述的修饰锌金属电极的方法，其特征在于，所述无机酸选自磷酸、偏磷酸、盐酸、硫酸的一种或多种。

10.一种根据权利要求1所述的修饰锌金属电极的方法的应用，其特征在于，修饰锌金属电极的方法应用于二次电池领域。

技术总结
本发明涉及H01M10，更具体地，本发明涉及一种修饰锌金属电极的方法及应用。方法如下：(1)锌箔前处理；(2)酸刻蚀。通过简单的酸刻蚀让锌阳极表面生成致密的磷酸锌，增强Zn离子的沉积和溶解的行为。通过在酸刻蚀时使用特定比例的磷酸水溶液，使修饰后的电极的循环以及库伦效率都有所提升。通过在酸刻蚀时使用特定比例的氯化锂，进一步抑制了Zn枝晶的生长，对锌离子溶解及沉积时的电场和离子场进行调控，并且减少极化的发生，提升修饰锌金属电极的电化学性能。通过前处理和酸刻蚀的整体方法，协同作用，使修饰后的锌金属电极的沉积均匀性和耐蚀性提升，从而使电极更加稳定，性能不易下降。

技术研发人员：李政文,李思睿,王瀚民,黎少伟
受保护的技术使用者：广州倬粤新材料科技研究有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14