【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锌离子电池，尤其涉及一种高载量三维多孔锌负极的静电纺丝法制备技术。
技术介绍
1、随着科技进步、社会发展与当今能源短缺问题，对储能设备的需求日益提高，发展新能源成为了重中之重。水系锌离子电池因为其安全性高、环境友好与能量密度高等优点，成为了新一代储能设备的研发方向。然而，锌离子电池中锌负极在循环中易产生锌枝晶的生长、析氢反应、副产物的形成和表面腐蚀等问题限制了该电池的实际应用，因此对锌负极的改进成为了锌离子电池性能提高的重点研究方向，且干法电极工艺能有效提高正负极性能，因此改进锌离子电池干法电极制备工艺成为了新能源方向的突破点。目前，锌离子电池中优化锌负极不足之处常用的改进方法主要包括：锌负极的表面涂层改性、锌负极的内部结构优化、电解质改性设计、隔膜改性设计等。这些方法虽可在一定程度上起到抑制副反应的作用，但仍面临着较厚的涂层会增加离子扩散的难度，降低锌负极的电化学性能，而且还需要涂层具有足够的机械强度和良好的界面结合等挑战。因此，近几年来，对锌离子电池中锌负极的新型工艺方法研发受到广泛重视。在各种新型工艺方法的探索过程中，干法制备工艺由于具有便于工业生产、安全无毒且操作简单等优点而倍受青睐，但干法制备的锌负极仍未达到理想的效果，综合性能优异的锌负极干法制备工艺研发仍是当前科研领域的热点和难点。
2、干法制备锌负极工艺主要是利用具粘结强度的粘结剂与具有导电性的导电剂，将锌粉、粘结剂、导电剂粘结在一起，形成具有一定机械强度、导电性能优异的锌负极。在充放电过程中，锌负极的内部结构对锌枝晶形成与副反应的抑制效
3、同上述锌负极制备工艺相比，本专利首先通过静电纺丝制作锌负极，再利用ps球或pmma球通过模板法产生三维多孔的内部结构，结合了静电纺丝工艺、喷涂工艺和成膜内部具有三维多孔结构的优点，在抑制锌负极产生的锌枝晶与副反应方向有广泛的应用前景。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供通过静电纺丝制备三维多孔干法锌负极的制备方法及其应用方法，是一种通过模板法利用ps球或pmma球热分解形成三维多孔结构的方法与静电纺丝干法电极制备工艺制备三维多孔结构的锌负极，克服了现有技术中制备过程复杂不利于大量生产、使用有机溶剂存在安全隐患的缺陷。
2、本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：通过静电纺丝制备三维多孔干法锌负极的制备方法及其应用方法，是一种通过模板法利用ps(学名：聚苯乙烯)球或pmma(学名：聚甲基丙烯酸甲酯)球热分解形成三维多孔结构的方法与静电纺丝干法电极制备工艺制备三维多孔结构的锌负极的方法，步骤是：
3、第一步，锌粉、粘结剂、导电剂混合粉末的制备
4、按重量比70：20：10-96：2：2的比例分别称取锌粉、粘结剂(ptfe(学名：聚四氟乙烯)、pvdf(学名：聚偏氟乙烯)、peo(学名：聚氧化乙烯)、paa(学名：聚丙烯酸)、pan(学名：聚丙烯腈)等材料)、导电剂(碳黑、多壁碳纳米管或单壁碳纳米管等材料)，热分解模板质量为锌粉、导电剂、粘结剂三者总质量的5％-15％。
5、首先将锌粉、导电剂和热分解模板用无水乙醇均匀分散并在室温下通过磁力搅拌得到均质溶液a，其固含量47％-78％；将粘结剂溶于无水乙醇中配置为粘结剂分散液，配置成均质溶液b，其固含量5％-8％；
6、第二步，静电纺丝制备锌负极
7、【如图1】在滚轮左右两侧分别放置静电纺丝喷头和静电喷涂喷头，以10-16kv电压，分别静电喷涂喷头喷出溶液a、静电纺丝喷头喷出溶液b(溶液a和溶液b喷出的流速体积比1：1)制得锌负极。
8、将制得的锌负极极片放入管式炉，在氩气气氛下以140-180℃加热3-8h(去除热分解模板)。冷却至室温后，取出即为三维多孔结构锌负极。通过裁片机裁为直径15mm圆片即为改性锌片。
9、按照正极壳(cr2032)、改性锌片、隔膜(gf/d，19mm)、电解液(3mol/l三氟甲烷磺酸锌水溶液)、改性锌片、垫片、弹簧片负极壳(cr2032)顺序，组装锌离子对称电池，测试性能(截止电压为-1v至+1v，电流密度为1ma/cm2)。
10、上述用于静电纺丝干法锌负极的制备方法及其应用方法，所涉及的原材料均通过商购获得。
11、本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术方法的突出的实质性特点是：
12、利用ps球或pmma球热分解的特点在锌负极内部产生了三维多孔结构；通过静电纺丝工艺制备锌负极，过程安全可控高效。
13、与现有技术相比，本专利技术方法的显著进步如下：
14、本专利技术锌负极三维多孔的内部结构可以显著降低锌离子电池在充放电过程中出现的枝晶、析氢、腐蚀等不利反应，从而保证电池的循环稳定性，大幅提高电池的电化学性能。
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1.一种静电纺丝三维多孔干法锌负极的制备方法，其特征在于，制备锌负极电极片的原料包括整个锌负极中的锌粉、粘结剂、导电剂、热分解模板，锌粉、粘结剂、导电剂三者质量比为70：20：10-96：2：2，优选77：15：8-90：5：5，更优选82-85：10-12：5-6；热分解模板质量为锌粉、粘结剂、导电剂三者总质量的5％-15％，优选5％-10％，更优选5％-8％；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电剂选自碳黑、多壁碳纳米管或单壁碳纳米管等物质中的一种或二种以上，所述导电剂的质量分数含量为锌粉、粘结剂、导电剂三者总质量的2～10wt％，优选5～8wt％，更优选5wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，粘结剂包括PTFE、PVDF、PEO、PAA、PAN等材料的一种或多种，所述粘结剂的质量分数含量为锌粉、粘结剂、导电剂三者总质量的2～20wt％，优选5～15wt％，更优选10wt％。
5.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，热分解模板包括PS球、P
6.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，锌负极的厚度150-170微米。
7.一种权利要求1～6任一项所述的制备方法制备获得的锌负极。
8.一种权利要求7所述的锌负极作为负极在锌离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种静电纺丝三维多孔干法锌负极的制备方法，其特征在于，制备锌负极电极片的原料包括整个锌负极中的锌粉、粘结剂、导电剂、热分解模板，锌粉、粘结剂、导电剂三者质量比为70：20：10-96：2：2，优选77：15：8-90：5：5，更优选82-85：10-12：5-6；热分解模板质量为锌粉、粘结剂、导电剂三者总质量的5％-15％，优选5％-10％，更优选5％-8％；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电剂选自碳黑、多壁碳纳米管或单壁碳纳米管等物质中的一种或二种以上，所述导电剂的质量分数含量为锌粉、粘结剂、导电剂三者总质量的2～10wt％，优选5～8wt％，更优...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠伟，张永光，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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