本發(fā)明屬于電化學儲能，具體涉及一種水系鋅離子電池金屬鋅負極保護層的制備方法及應用。

背景技術：

1、隨著能源危機加劇和環(huán)境污染惡化，人類對替代傳統(tǒng)能源的清潔能源的需求日益迫切。近年來，新能源電動汽車和便攜式電子產品的興起加速了清潔和可持續(xù)能源的發(fā)展。盡管鋰離子電池由于高能量密度得到了商業(yè)化應用，但其資源有限、成本高且安全性低的問題促使人們急需尋找替代方案。

2、?鋅離子電池憑借其高安全性、環(huán)境友好性和較高的理論容量（820?mah/g，5855mah/cm3），在新一代大型儲能系統(tǒng)中展現(xiàn)出很大潛力。此外，使用水系電解液使得鋅離子電池具有較高的離子電導率和倍率性能。然而，在充放電過程中，鋅離子在鋅負極表面不均勻沉積易形成枝晶，消耗大量活性材料，降低庫倫效率，甚至可能刺穿隔膜導致短路。析氫反應生成的氫氣還會增加內部壓力，導致電池膨脹和電解液泄漏，這些問題妨礙了水系鋅離子電池的商業(yè)化進程。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提供一種水系鋅離子電池金屬鋅負極保護層的制備方法，解決鋅負極枝晶生長的問題，延長電池的循環(huán)壽命。

2、本發(fā)明采用以下的技術方案：

3、一種水系鋅離子電池金屬鋅負極保護層的制備方法，包括如下步驟：

4、（1)將一定質量的鋅粉和尿素放入研缽內混合，并在室溫環(huán)境下進行研磨；

5、（2)將研磨后的混合物放入瓷舟，在管式爐內以一定的升溫速率加熱到500～600℃并保溫一段時間；

6、（3)將自然冷卻后的產物收集，獲得產物h-g-c3n4材料，該材料可作為水系鋅離子電池金屬鋅負極的保護層。

7、進一步地，步驟（1)中，鋅粉和尿素的質量比為7：100。

8、進一步地，步驟（2)中，管式爐的升溫速率為3～5?℃/min，保溫時間為1～3?h。

9、進一步地，步驟（3)中，管式爐冷卻速率為自然冷卻。

10、本發(fā)明還提供一種水系鋅離子電池金屬鋅負極的保護層，由上述的制備方法制備得到。

11、本發(fā)明還提供一種極片，由上述的材料超聲涂覆在鋅箔上，經真空干燥獲得，記為h-g-c3n4@zn極片。

12、進一步地，真空干燥的溫度為60～80?℃，干燥時間為8～12?h，材料涂覆方式采用超聲法。

13、?本發(fā)明還提供一種極片在制備水系鋅離子電池方面的應用，水系鋅離子電池所用的電解液為2?mol/l?znso4?溶液。

14、本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明提供一種水系鋅離子電池金屬鋅負極的保護層的制備方法，該制備方法設計科學合理，只需要通過一步高溫煅燒，工藝簡單，在鋅離子電池的實際應用方面具有較大的應用前景。

15、2、本發(fā)明制備得到的水系鋅離子電池金屬鋅負極的保護層為獨特的高比表面積的多孔結構，這種結構可以平衡電場分布，誘導均勻電解液通量，引導鋅離子均勻沉積，從而達到抑制枝晶生長的目的，同時避免了鋅枝晶刺破隔膜造成電池短路的后果，極大改善電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電化學性能。

技術特征：

1.一種水系鋅離子電池金屬鋅負極保護層材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種水系鋅離子電池金屬鋅負極保護層材料的制備方法，其特征在于：步驟（1)中，鋅粉和尿素的質量比為7：100。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種水系鋅離子電池金屬鋅負極保護層材料的制備方法，其特征在于：步驟（2)中，管式爐的升溫速率為3～5?℃/min，保溫時間為1～3?h。

4.一種帶有保護層的水系鋅離子電池金屬鋅負極極片，其特征在于：采用權利要求1-3中任一項所制備的保護層材料，經過一定的涂覆方法涂覆到鋅片上制備得到，記為h-g-c3n4@zn極片。

5.根據(jù)權利要求4所述帶有保護層的水系鋅離子電池金屬鋅負極極片，其特征在于：所述涂覆方法如下：首先將鋅片打磨光滑，將一定量的保護層材料和鋅片同時放入去離子水中，超聲處理一定時間，接著將鋅片取出，真空干燥一定時間。

6.如權利要求5所述的帶有保護層的水系鋅離子電池金屬鋅負極極片在水系鋅離子電池中的應用。

技術總結
本發(fā)明屬于電化學儲能器件技術領域，具體涉及一種水系鋅離子電池金屬鋅負極保護層的制備方法，包括如下步驟：(1)將鋅粉和尿素放入研缽內混合，并在室溫環(huán)境下進行研磨；(2)將研磨后的混合物放入瓷舟，在管式爐內升溫加熱到500～600℃并保溫；(3)將自然冷卻冷卻后的產物收集，獲得產物h?g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;；本發(fā)明制備得到的水系鋅離子電池金屬鋅負極保護層為獨特的高比表面積的多孔結構，可以平衡電場分布，誘導均勻電解液通量，引導鋅離子均勻沉積，抑制枝晶生長，同時避免鋅枝晶刺破隔膜造成電池短路的后果，極大改善電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電化學性能。

技術研發(fā)人員：李敖,朱登雷,付軼雯,宋海香,李建新,張瑩瑩,盧海雄,梁婉怡,李笑源,楊凱文,李蘇潮
受保護的技術使用者：安陽工學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2