CN112164802A - 一种金属材料的用途及以该金属作为负极的锌基电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属材料的用途及以该金属作为负极的锌基电池，所述金属材料用作锌基电池的负极，所述的金属材料是指能与锌形成固溶体的金属。所述金属材料为银、铁、镍、钛、铜、锡、铝中的任意一种或任意多种组成的合金。优选地，所述金属材料为铜或锡。本发明所述的的金属材料能与锌形成固溶体，降低锌沉积的成核过电位，加快锌的成核，使其成核速率大于生长速率，从而抑制枝晶生长，得到均匀且平整的沉积层，延长电池寿命，提高电池库伦效率。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，涉及到一种金属材料的用途及以该金属作为负极的锌基电池。
背景技术
随着化石能源的过度开采和燃烧，能源危机和环境问题不断加剧，可再生能源的开发和利用成为社会发展的重点，但是太阳能、风能等可再生能源不稳定，不能直接并入电网，因此，储能技术成为了可再生能源利用的关键，锌基电池就是其中一种。
与目前广泛使用的锂离子电池相比，锌基电池具有更高的能量密度和安全性，但是在充放电过程中，由于负极表面并非完全均匀，不同部位反应活性不同，锌沉积不均匀，容易形成枝晶，一方面枝晶会刺穿隔膜，导致电池短路，另一方面，放电过程中枝晶断裂会造成不可逆的容量损失。解决锌枝晶的生长的问题是推动锌基电池产业化的关键。
发明内容
本发明的目的是解决锌基电池枝晶生长严重的问题，为了达到上述目的，本发明提供了一种金属材料的用途，所述金属材料用作锌基电池的负极，所述的金属材料是指能与锌形成固溶体的金属。
优选地，所述金属材料为银、铁、镍、钛、铜、锡、铝中的任意一种或任意多种组成的合金。
优选地，所述金属材料为铜或锡。
本发明还提供了一种锌基电池，所述锌基电池的负极为权利要求1-3中所述的金属材料。
优选地，所述的正极为MnO2、ZnMn2O4或K2NiFe(CN)6。
优选地，所述的电解液为含有锌离子的溶液，包括ZnSO4、ZnCl2或Zn(TFSI)2溶液。
优选地，所述的锌基电池在充电过程中，沉积在负极上的锌能与负极材料形成固溶体，抑制锌枝晶的生长。
本发明所述的金属材料能与锌形成固溶体，用作锌基电池的负极能与工作状态下沉积在负极上的锌形成固溶体，降低锌沉积的成核过电位，加快锌的成核，使其成核速率大于生长速率，从而抑制枝晶生长，得到均匀且平整的沉积层，延长电池寿命，提高电池库伦效率。
附图说明
图1为在锡片上沉积的锌的电子显微镜图。
图2为在铜片上沉积的锌的电池循环性能图。
图3为实施例1制备的锌基电池的电池循环性能图。
图4为实施例2制备的锌基电池的电池循环性能图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
与锂电池相比，锌基电池具有更高的能量密度和安全性。但锌基电池中存在枝晶生长的问题，锌枝晶硬而致密容易穿透隔膜，造成电池短路，最终导致电池失效。本发明发现采用能与锌形成固溶体的金属作为锌基电池的负极，能有效抑制枝晶生长，提高电池寿命和库伦效率。
为了验证金属材料与锌形成固溶体后能有效抑制枝晶生长，使用锌片作为负极，锡片作为正极，玻璃纤维作为隔膜，1mol/L硫酸锌作为电解液，装配电池。以1mA/cm2的电流密度在锡片上沉积2mAh/cm2的锌，沉积的锌的表面形貌如图1所示，表面十分平整，无枝晶生长。
为了验证金属材料与锌形成固溶体后能提高电池寿命和库伦效率，使用锌片作为负极，铜片作为正极，玻璃纤维作为隔膜，1mol/L硫酸锌作为电解液，装配电池。充放电电流密度为1mA/cm2，每次循环中电池先放电1小时，再充电至0.5V，电池循环性能如图2所示，可稳定循环500次以上，库伦效率约99.7％。
实施例1
使用锡片作为负极，K2NiFe(CN)6作为正极，玻璃纤维作为隔膜，1mol/L Zn(TFSI)2和20M LiTFSI混合溶液作为电解液，装配电池。充放电电流密度为1mA/cm2，充放电电压范围为0.8～2.0V。电池循环性能如图3所示，电池比容量约85mAh/g，库伦效率为99.8％，并可稳定循环500次以上。
实施例2
使用铜片作为负极，K2NiFe(CN)6作为正极，玻璃纤维作为隔膜，0.5mol/L K2SO4和0.5mol/L ZnSO4混合溶液作为电解液，装配电池。充放电电流密度为1mA/cm2，充放电电压范围为0.8～2.0V。电池循环性能如图4所示，电池比容量约65mAh/g，库伦效率为99.5％，并可稳定循环500次以上。
综上所述，本发明提供了一种金属材料的用途及以该金属作为负极的锌基电池，利用银、铁、镍、钛、铜、锡、铝等金属能与锌形成固溶体的特性，将这些金属中的一种或多种用作锌基电池的负极，能够有效抑制锌基电池中枝晶生长的问题，延长电池寿命，提高电池库伦效率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种金属材料的用途，其特征在于，所述金属材料用作锌基电池的负极，所述的金属材料是指能与锌形成固溶体的金属。
2.如权利要求1所述的金属材料的用途，其特征在于，所述金属材料为银、铁、镍、钛、铜、锡、铝中的任意一种或任意多种组成的合金。
3.如权利要求1所述的金属材料的用途，其特征在于，所述金属材料为铜或锡。
4.一种锌基电池，其特征在于，所述锌基电池的负极为权利要求1-3中所述的金属材料。
5.如权利要求4所述的锌基电池，其特征在于，所述的正极为MnO2、ZnMn2O4或K2NiFe(CN)6。
6.如权利要求4所述的锌基电池，其特征在于，所述的电解液为含有锌离子的溶液，包括ZnSO4、ZnCl2或Zn(TFSI)2溶液。
7.如权利要求4所述的锌基电池，其特征在于，所述的锌基电池在充电过程中，沉积在负极上的锌能与负极材料形成固溶体，抑制锌枝晶的生长。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210101 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |