一种多层高稳定性锌负极极片及其制备方法与流程

本发明涉及水系锌离子电池，更确切地说，它涉及一种多层高稳定性锌负极极片及其制备方法。

背景技术：

1、水系锌离子电池作为一种新兴的储能电池，具有环境友好、安全性高、成本低廉、制造简单等优势，在大规模的储能应用领域有着良好的使用前景，近些年引起人们的广泛关注和研究。

2、负极是水系锌离子电池电芯的核心组件之一，是水系锌离子电池实际应用的关键。在水性电解液体系中，由于现有单层锌负极中的锌金属比较活泼，容易发生自腐蚀和电化学腐蚀反应，导致锌在反复充放电循环过程中被大量消耗，造成电池容量衰减加快，电芯的库伦效率降低等问题。

3、为了避免上述现象的发生，因此需要对水系锌离子电池的负极结构进行改进，设计一种多层高稳定性锌负极极片。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种多层高稳定性锌负极极片及其制备方法以解决现有技术中的单层锌负极极片在水系电解液体系中容易发生自腐蚀和电化学腐蚀反应，导致锌在反复充放电循环过程中被大量消耗，造成电池容量衰减加快，电芯的库伦效率降低等问题。同时为了保证锌负极极片能够满足水系锌离子电池极片的使用标准，稳定循环的要求。

2、第一方面，提供了一种多层高稳定性锌负极极片，包括：集流体；在所述集流体的两侧沿远离集流体的方向依次对称设置有基底层、活性层和保护层；所述基底层、活性层和保护层均以锌粉为活性主材；所述基底层采用的锌粉的粒径为5-30μm；所述活性层采用的锌粉的粒径为75-150μm；所述保护层采用的锌粉为疏水锌粉。

3、作为优选，所述基底层的组成材料包括超细锌粉、粘结剂和添加剂；所述活性层的组成材料包括锌粉、粘结剂、导电剂和添加剂；所述保护层的组成材料包括疏水锌粉、粘结剂、导电剂和添加剂。

4、作为优选，所述粘结剂为聚丙烯酸、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、丁苯橡胶、聚四氟乙烯、海藻酸钠、黄原胶中的一种或多种组合。

5、作为优选，所述导电剂为石墨、导电石墨、乙炔黑、super-p、碳纳米管、ks-6、石墨烯、活性炭中的一种或多种组合。

6、作为优选，所述基底层的组成按质量百分比包括：超细锌粉比例为80％～98％，粘结剂比例为1％～10％，添加剂含量为0.1％～5％。

7、作为优选，所述活性层的组成按质量百分比包括：锌粉比例为70％～90％，粘结剂比例为1％～10％，导电剂比例为0.1％～10％，添加剂含量为0.1％～5％。

8、作为优选，所述保护层的组成按质量百分比包括：疏水锌粉比例为70％～90％，粘结剂比例为1％～10％，导电剂比例为0.1％～10％，添加剂含量为0.1％～5％。

9、作为优选，所述添加剂为铟及其氧化物、锡及其氧化物、铋及其氧化物中的一种或多种组合；所述集流体为铜网、镀锡铜网、镀铟铜网中的一种。

10、第二方面，提供了如第一方面任一所述多层高稳定性锌负极极片的制备方法，包括：

11、步骤1、在集流体上涂布超细锌粉浆料，烘干辊压后形成基底层；

12、步骤2、由锌粉浆料在基底层的基面上拉浆，烘干辊压后形成活性层；

13、步骤3、在活性层的基面上涂布疏水锌粉浆料，烘干辊压后形成保护层。

14、第三方面，提供了采用第一方面任一所述多层高稳定性锌负极极片制备得到的水系锌锰电池。

15、本发明的有益效果是：

16、1.本发明提供的多层高稳定性锌负极极片，采取多层直接复合结构，制备方法简单，能够实现大规模的批量生产。

17、2.本发明提供的多层高稳定性锌负极极片的保护层可以起到一部分隔绝锌表面直接与电解液的接触作用，减少了表面副反应的发生。

18、3.本发明采用的超细锌粉反应活性高，比表面积大，亲锌性好，能够促进锌的均匀成核，在一定程度上减少枝晶的生成，提高了锌负极的循环稳定性能。

技术特征：

1.一种多层高稳定性锌负极极片，其特征在于，包括：集流体；在所述集流体的两侧沿远离集流体的方向依次对称设置有基底层、活性层和保护层；所述基底层、活性层和保护层均以锌粉为活性主材；所述基底层采用的锌粉的粒径为5-30μm；所述活性层采用的锌粉的粒径为75-150μm；所述保护层采用的锌粉为疏水锌粉。

2.根据权利要求1所述的多层高稳定性锌负极极片，其特征在于，所述基底层的组成材料包括超细锌粉、粘结剂和添加剂；所述活性层的组成材料包括锌粉、粘结剂、导电剂和添加剂；所述保护层的组成材料包括疏水锌粉、粘结剂、导电剂和添加剂。

3.根据权利要求2所述的多层高稳定性锌负极极片，其特征在于，所述粘结剂为聚丙烯酸、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、丁苯橡胶、聚四氟乙烯、海藻酸钠、黄原胶中的一种或多种组合。

4.根据权利要求3所述的多层高稳定性锌负极极片，其特征在于，所述导电剂为石墨、导电石墨、乙炔黑、super-p、碳纳米管、ks-6、石墨烯、活性炭中的一种或多种组合。

5.根据权利要求4所述的多层高稳定性锌负极极片，其特征在于，所述基底层的组成按质量百分比包括：超细锌粉比例为80％～98％，粘结剂比例为1％～10％，添加剂含量为0.1％～5％。

6.根据权利要求5所述的多层高稳定性锌负极极片，其特征在于，所述活性层的组成按质量百分比包括：锌粉比例为70％～90％，粘结剂比例为1％～10％，导电剂比例为0.1％～10％，添加剂含量为0.1％～5％。

7.根据权利要求6所述的多层高稳定性锌负极极片，其特征在于，所述保护层的组成按质量百分比包括：疏水锌粉比例为70％～90％，粘结剂比例为1％～10％，导电剂比例为0.1％～10％，添加剂含量为0.1％～5％。

8.根据权利要求2所述的多层高稳定性锌负极极片，其特征在于，所述添加剂为铟及其氧化物、锡及其氧化物、铋及其氧化物中的一种或多种组合；所述集流体为铜网、镀锡铜网、镀铟铜网中的一种。

9.一种如权利要求1至8任一所述多层高稳定性锌负极极片的制备方法，其特征在于，包括：

10.一种采用权利要求1至8任一所述多层高稳定性锌负极极片制备得到的水系锌锰电池。

技术总结
本发明涉及一种多层高稳定性锌负极极片及其制备方法，包括：集流体；在所述集流体的两侧沿远离集流体的方向依次对称设置有基底层、活性层和保护层；所述基底层、活性层和保护层均以锌粉为活性主材；所述基底层采用的锌粉的粒径为5‑30μm；所述活性层采用的锌粉的粒径为75‑150μm；所述保护层采用的锌粉为疏水锌粉。本发明的有益效果是：本发明提供的多层高稳定性锌负极极片的保护层可以起到一部分隔绝锌表面直接与电解液的接触作用，减少了表面副反应的发生；并且采用的超细锌粉反应活性高，比表面积大，亲锌性好，能够促进锌的均匀成核，在一定程度上减少枝晶的生成，提高了锌负极的循环稳定性能。

技术研发人员：王祎玮,王玉弘,迟晓伟,刘国娇,张婧
受保护的技术使用者：浙江浙能中科储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7