本申請屬于電化學能源材料，尤其涉及一種改性鋅負極及其制備方法，以及一種水系鋅離子電池。

背景技術：

1、水系鋅離子電池又稱水基鋅電池，是使用水基電解液替代傳統鋰離子電池中使用的易燃有機電解質的高安全性電池。

2、目前，水系鋅離子電池因其采用的鋅負極具有高比容量、低氧化還原電位、低成本、資源豐富、安全穩定、易加工等優點而備受關注。此外，所采用的水系電解液具有本質安全、離子電導率高和環境友好等特性。因此，可充電水系鋅離子電池成為近年來最具潛力的電化學儲能裝置之一。

3、然而，在水系鋅離子電池充放電過程中，鋅負極存在著的鋅枝晶生長、腐蝕和析氫等副反應，嚴重損害了電池的庫倫效率和循環穩定性。

技術實現思路

1、本申請的目的在于提供一種改性鋅負極及其制備方法，以及一種水系鋅離子電池，旨在解決現有水系鋅離子電池鋅負極中枝晶生長等副反應而導致電池的庫倫效率低和循環穩定性差的問題。

2、為實現上述申請目的，本申請采用的技術方案如下：

3、第一方面，本申請提供一種改性鋅負極，包括鋅負極基材以及包覆在所述鋅負極基材至少部分表面的堿式硫酸鋅層，所述堿式硫酸鋅層在所述鋅負極基材表面原位生成。

4、在第一方面的其中一個實施例中，所述堿式硫酸鋅層的厚度為3μm～60μm。

5、在第一方面的其中一個實施例中，所述鋅負極基材包括鋅箔、泡沫鋅或電鍍鋅中的至少一種；和/或，

6、所述鋅負極基材的厚度為0.01mm～0.5mm。

7、第二方面，本申請提供一種改性鋅負極的制備方法，包括以下步驟：

8、將所述鋅負極基材置于浸泡溶液中進行浸泡處理，所述浸泡溶液包括第一溶液，所述第一溶液為硫酸鹽水溶液，在所述鋅負極基材表面原位生長所述堿式硫酸鋅層，得到改性鋅負極。

9、在第二方面的其中一個實施例中，所述硫酸鹽溶液的溶質包括硫酸鋅、硫酸鈉、硫酸鉀或硫酸銨中的至少一種。

10、在第二方面的其中一個實施例中，所述浸泡處理的時間為12h～120h；和/或，

11、所述浸泡處理的溫度為25℃～40℃；和/或，

12、所述浸泡溶液的ph值為2～7；和/或，

13、所述硫酸鹽水溶液的濃度為0.1mol/l～3mol/l。

14、在第二方面的其中一個實施例中，所述浸泡溶液還包括第二溶液，所述第二溶液為含有氯離子、氟離子、醋酸根、磷酸根離子中至少一種陰離子的水溶液。

15、在第二方面的其中一個實施例中，所述浸泡處理包括以下步驟：將所述鋅負極基材先置于所述第一溶液中浸泡，后將所述鋅負極基材轉移至所述第二溶液中浸泡。

16、在第二方面的其中一個實施例中，將所述鋅負極基材進行預處理后置于所述浸泡溶液中，所述預處理包括以下步驟：將所述鋅負極基材置于有機溶劑中超聲處理。

17、在第二方面的其中一個實施例中，所述有機溶劑包括乙醇、異丙醇或丙酮中的至少一種。

18、第三方面，本申請提供一種水系鋅離子電池，包括負極、正極以及電解液，所述負極為如上所述的改性鋅負極。

19、在第四方面的其中一個實施例中，所述正極包括二氧化錳、五氧化二釩、釩酸鈉、釩酸銅、釩酸鋅、活性炭或聚苯胺中的至少一種。

20、本申請第一方面提供的改性鋅負極，通過在鋅負極表面經原位反應均勻沉積有堿式硫酸鋅層，堿式硫酸鋅層有著均勻的鋅離子傳質通道和較高的鋅離子電導率，能有效地調控鋅離子均勻沉積，避免了鋅枝晶的生長；同時，堿式硫酸鋅保護層的低電子電導率和物理屏蔽作用隔絕了電解質和金屬鋅的接觸，阻止了腐蝕和析氫等副反應的發生，因此，利用本申請提供的改性鋅負極作為水系鋅離子電池的負極材料，能提高電池的庫倫效率和循環穩定性。

21、本申請第二方面提供的改性鋅負極的制備方法，通過將鋅負極基材浸泡于硫酸鹽溶液中，即可得到在其表面原位生長有堿式硫酸鋅保護層的改性鋅負極，制備方法簡單，反應條件溫和，適用于大規模生產。

22、本申請第三方面提供的水系鋅離子電池，采用了本申請提供的改性鋅負極，改善了鋅負極容易發生腐蝕和析氫等副反應的問題，在庫倫效率和循環穩定性方面得到顯著的提升。

技術特征：

1.一種改性鋅負極，其特征在于，包括鋅負極基材以及包覆在所述鋅負極基材至少部分表面的堿式硫酸鋅層，所述堿式硫酸鋅層在所述鋅負極基材表面原位生成。

2.如權利要求1所述的改性鋅負極，其特征在于，所述堿式硫酸鋅層的厚度為3μm～60μm。

3.如權利要求1或2所述的改性鋅負極，其特征在于，所述鋅負極基材包括鋅箔、泡沫鋅或電鍍鋅中的至少一種；和/或，

4.一種如權利要求1-3任一項所述的改性鋅負極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.如權利要求4所述的改性鋅負極的制備方法，其特征在于，所述硫酸鹽水溶液的溶質包括硫酸鋅、硫酸鈉、硫酸鉀或硫酸銨中的至少一種。

6.如權利要求4所述的改性鋅負極的制備方法，其特征在于，所述浸泡處理的時間為12h～120h；和/或，

7.如權利要求5所述的改性鋅負極的制備方法，其特征在于，所述浸泡溶液還包括第二溶液，所述第二溶液為含有氯離子、氟離子、醋酸根、磷酸根離子中至少一種陰離子的水溶液。

8.如權利要求7所述的改性鋅負極的制備方法，其特征在于，所述浸泡處理包括以下步驟：

9.如權利要求4-8任一項所述的改性鋅負極的制備方法，其特征在于，將所述鋅負極基材進行預處理后置于所述浸泡溶液中，所述預處理包括以下步驟：將所述鋅負極基材置于有機溶劑中超聲處理。

10.一種水系鋅離子電池，其特征在于，包括負極、正極以及電解液，所述負極為權利要求1-3任一項所述的改性鋅負極和/或權利要求4-9任一項所述的改性鋅負極的制備方法制備得到的改性鋅負極。

技術總結
本申請涉及電化學能源材料，提供了一種改性鋅負極及其制備方法，改性鋅負極包括鋅負極基材以及包覆在所述鋅負極基材至少部分表面的堿式硫酸鋅層，所述堿式硫酸鋅層在所述鋅負極基材表面原位均勻生成。改性鋅負極的制備方法包括以下步驟：將所述鋅負極基材置于硫酸鹽水溶液中進行浸泡處理，在所述鋅負極基材表面原位生長所述堿式硫酸鋅層，得到改性鋅負極。本申請提供的改性鋅負極的表面經原位反應沉積有堿式硫酸鋅層，有效抑制了鋅負極的副反應的發生，作為水系鋅離子電池的負極材料，能提高電池的庫倫效率和循環穩定性，且改性鋅負極的制備方法簡單，反應條件溫和，適用于大規模生產。

技術研發人員：巫茂春,張心宇
受保護的技術使用者：香港理工大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28