【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池领域，具体涉及负极和电解质一体化结构及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前，水系电池由于安全性高、价格低、比容量高等优势，备受关注。但水系电池的循环过程中，锌负极会出现表面电场分布不均匀、尖端效应和去溶剂化难等现象，易导致枝晶生长，刺穿隔膜，造成水系电解质与锌金属负极接触，发生析氢反应，大量副产物形成，影响了离子的传输速率，降低了电池的电化学性能，造成电池短路。相关技术中，可在锌负极表面设置保护层，可以缓解锌枝晶生长现象，阻止副反应的发生，但在长时间使用过程中，枝晶仍会突破保护层，引发副反应的发生，导致电池短路。因此，需要一种能有效抑制枝晶生长，不易发生副反应，锌利用率高、结构稳定性好的负极和电解质一体化结构，有利于提高电池的电化学性能。
技术实现思路
1、鉴于此，本申请提供了一种负极和电解质一体化结构及其制备方法和应用，该负极和电解质一体化结构包括锌粉极片，锌粉极片内部具有有机电解质，锌粉极片表面具有水系电解质层，提高了负极和电解质一体化结构的结构稳定性和锌利用率，能有效抑制枝晶生长，降低了副反应的发生，提高负极和电解质一体化结构的电化学性能。
2、第一方面，本申请提供了一种负极和电解质一体化结构，所述负极和电解质一体化结构包括锌粉极片、有机电解质和水系电解质层，所述有机电解质分布在所述锌粉极片中，所述水系电解质层设置于所述锌粉极片一侧的表面上。
3、可选的，所述有机电解质分布在所述锌粉极片靠近所述水系电解质一层表层中。
4、可
5、可选的，所述有机电解质均匀分布在所述表层中。
6、可选的，所述表层与所述锌粉极片的厚度比为1:(1-10)。
7、可选的，所述有机电解质包括有机溶剂、第一电解质和第一凝胶聚合物。
8、可选的，所述第一电解质和所述第一凝胶聚合物的质量比为(0-10):(90-100)。
9、可选的，所述有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺和乙腈中的至少一种。
10、可选的，所述第一电解质包括双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锌、硫酸锌和三氟甲烷磺酸锌中的至少一种。
11、可选的，所述第一凝胶聚合物包括多糖类、多肽类、蛋白、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸羟乙酯和聚磷腈中的至少一种。
12、可选的，所述水系电解质层包括水、第二电解质和第二凝胶聚合物。
13、可选的，所述第二电解质和所述第二凝胶聚合物的质量比为(5-40):(60-95)。
14、可选的，所述第二电解质包括双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锌、硫酸锌和三氟甲烷磺酸锌中的至少一种。
15、可选的，所述第二凝胶聚合物包括多糖类、多肽类、蛋白、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸羟乙酯和聚磷腈中的至少一种。
16、可选的，所述水系电解质层的厚度为10μm-100μm。
17、可选的，所述锌粉极片的厚度为50μm-1000μm。
18、可选的，所述锌粉极片的材质包括单质锌或锌合金，所述锌合金包括锌铝合金、锌锡合金中的至少一种。
19、可选的，所述锌粉极片中，锌元素的质量百分比大于或等于90％。
20、本申请提供的负极和电解质一体化结构包括锌粉极片，锌粉极片表面具有水系电解质层，锌粉极片内部包括有机电解质，能抑制枝晶生长，有利于提高负极和电解质一体化结构的结构稳定性，防止副反应发生，提高了负极和电解质一体化结构的电化学性能。
21、第二方面，本申请提供了一种负极和电解质一体化结构的制备方法，包括：
22、将锌粉极片与有机电解质溶液放入超临界装置中，通入二氧化碳，在超临界状态下经第一反应得到含有所述有机电解质的锌粉极片；
23、将含有所述有机电解质的锌粉极片与水系电解质溶液放入超临界装置中，通入二氧化碳，经第二反应得到负极和电解质一体化结构。
24、可选的，所述锌粉极片的孔隙率为1％-20％。
25、可选的，所述第一反应的温度为40℃-100℃，所述第一反应的压力为7.5mpa-10mpa，所述第一反应的时间为0.5h-2h。
26、可选的，所述第二反应的温度为40℃-100℃，所述第二反应的压力为7.5mpa-10mpa，所述第二反应的时间为2h-5h。
27、本申请提供的负极和电解质一体化结构的制备方法新颖，制备流程简单，制得的负极和电解质一体化结构的结构稳定性高、电化学性能优异。
28、第三方面，本申请提供了一种电池，所述电池包括正极极片和第一方面所述的负极和电解质一体化结构或第二方面所述的制备方法制得的负极和电解质一体化结构。
29、本申请提供的电池使用寿命长、安全性能高、循环性能优异。
30、第四方面，本申请提供了一种用电设备，所述用电设备包括第三方面所述的电池。
31、本申请提供的用电设备综合性能优异，安全性能大幅提高，产品竞争力强。
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1.一种负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述负极和电解质一体化结构包括锌粉极片、有机电解质和水系电解质层，所述有机电解质分布在所述锌粉极片中，所述水系电解质层设置于所述锌粉极片一侧的表面上。
2.如权利要求1所述的负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述有机电解质分布在所述锌粉极片靠近所述水系电解质一侧的表层中；至少部分所述有机电解质与所述水系电解质层中的部分水系电解质之间形成氢键键合。
3.如权利要求2所述的负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述有机电解质均匀分布所述表层中；
4.如权利要求1所述的负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述有机电解质包括有机溶剂、第一电解质和第一凝胶聚合物；
5.如权利要求1所述的负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述水系电解质层包括水、第二电解质和第二凝胶聚合物；
6.如权利要求1所述的负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述水系电解质层的厚度为10μm-100μm；所述锌粉极片的厚度为50μm-1000μm；
7.一种权利要求1-6任意一项所述的负极和电解质一体化
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述锌粉极片的孔隙率为1％-20％；
9.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极极片和权利要求1-6任意一项所述的负极和电解质一体化结构或权利要求7-8任意一项所述的制备方法制得的负极和电解质一体化结构。
10.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括权利要求9所述的电池。
...【技术特征摘要】
1.一种负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述负极和电解质一体化结构包括锌粉极片、有机电解质和水系电解质层，所述有机电解质分布在所述锌粉极片中，所述水系电解质层设置于所述锌粉极片一侧的表面上。
2.如权利要求1所述的负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述有机电解质分布在所述锌粉极片靠近所述水系电解质一侧的表层中；至少部分所述有机电解质与所述水系电解质层中的部分水系电解质之间形成氢键键合。
3.如权利要求2所述的负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述有机电解质均匀分布所述表层中；
4.如权利要求1所述的负极和电解质一体化结构，其特征在于，所述有机电解质包括有机溶剂、第一电解质和第一凝胶聚合物；
5.如权利要求1所述的负极和电解质一体化...
【专利技术属性】
技术研发人员：王静威，程俊业，赵泽佳，廖友庚，
申请(专利权)人：深圳北理莫斯科大学，
类型：发明
国别省市：
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