CN112736238A - 用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于锌金属电池/电容器的锡‑锌负极材料及其制备方法，一种用于锌金属电池/电容器的锡‑锌负极材料，由以下步骤制备而成：步骤1：将普通锌片打磨，使之失去钝化层；步骤:2：制备锡盐溶液；取1mol锡盐溶于去离子水中，定容前用浓盐酸滴加至溶液刚好澄清透明后定容到1000mL；步骤:3：将锌片浸泡在上诉均一溶液中，常温常压下浸泡30s；待反应结束后，即得到用于锌金属电池/电容器的锡‑锌负极材料。所制备锡‑锌金属负极的过程无毒无害，所制备的锡‑锌金属负极，工艺简单，一步便可完成抑制副反应和析氢反应的锌金属负极。
Description
技术领域
本发明涉及一种锡-锌负极材料及其制备方法，尤其涉及一种用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料及其制备方法。
背景技术
锌离子电容器/电容器是一种可充放型高功率/能量密度储能装置，由于石油资源的匮乏，以及电动汽车的大规模发展，人们对于电化学快速储能器件的需求日益增加。在电容器结构上分为正负极、隔膜电解质，而目前商业锌片在弱酸性电解液中浸泡和反应过程中都会发生析氢反应。在充放电循环过程中，普通锌片会发生副反应，以及有死锌生成造成电池或者电容器功率和效率降低。因此制备一种性能优异且能够抑制析氢反应和副反应发生的锌离子电容器电极材料是十分有意义的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有抑制副反应和析氢反应的锌金属负极困难的问题而提供一种用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料，由以下步骤制备而成：
步骤1：将普通锌片打磨，使之失去钝化层；
步骤:2：制备锡盐溶液；取1mol锡盐溶于去离子水中，定容前用浓盐酸滴加至溶液刚好澄清透明后定容到1000mL；
步骤:3：将锌片浸泡在上诉均一溶液中，常温常压下浸泡30s；
待反应结束后，即得到用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料。
所述步骤一具体为：打磨锌片的砂纸选用1000目，打磨至内层金属锌完全暴露，带有银白色金属光泽，用纸巾擦去表面的粉末。
所述步骤二具体为：将1mol的氯化亚锡或者氯化锡溶解在1000mL去离子水中，溶解后溶液呈乳白色，系锡离子或亚锡离子水解所致，此时用浓盐酸缓慢滴定至溶液刚好澄清即可用于下一步的制备过程。
一种用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将普通锌片打磨，使之失去钝化层；
步骤:2：制备锡盐溶液；取1mol锡盐溶于去离子水中，定容前用浓盐酸滴加至溶液刚好澄清透明后定容到1000mL；
步骤:3：将锌片浸泡在上诉均一溶液中，常温常压下浸泡30s；
待反应结束后，即得到用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料。
所述步骤一具体为：打磨锌片的砂纸选用1000目，打磨至内层金属锌完全暴露，带有银白色金属光泽，用纸巾擦去表面的粉末。
所述步骤二具体为：将1mol的氯化亚锡或者氯化锡溶解在1000mL去离子水中，溶解后溶液呈乳白色，系锡离子或亚锡离子水解所致，此时用浓盐酸缓慢滴定至溶液刚好澄清即可用于下一步的制备过程。
发明目的
问题1：现有技术难以安全无毒的制备抑制副反应和析氢反应的锌金属负极：现有技术制备抑制副反应和析氢反应的锌金属负极时大多为有毒过程，例如使用浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸等强腐蚀性、挥发性物质等。
问题2：现有技术难以实现对称电池循环800小时后的低过电位：现有技术制备的抑制副反应和析氢反应的锌金属负极对称电池在0.25mAh cm-2,0.5mAcm-2条件下长循环1000小时过电位普遍较高，难以达到50mV以下。
问题3：现有技术难以一步制备抑制副反应和析氢反应的锌金属负极：现有技术在制备负极时，很难做到一步在表面均一生长并离子交换自组装成金属薄膜。并且，制备工艺每增加一步就会带来多一步污染和成本的增加。
针对上述现有抑制副反应和析氢反应的锌金属负极困难，本发明提出一种一步自组装形成锡-锌金属负极材料及其制备方法，本发明技术构思具有如下特点：
特点1：本发明提出一种在纯水中环境中制备抑制副反应和析氢反应的锌金属负极的方法。利用普通锌片在锡盐水溶液中离子交换自组装反应，安全无毒的制备出锡-锌金属负极。
特点2：本发明制备的锡-锌金属负极组装成的对称电池在0.25mAh cm-2,0.5mAcm-2条件下长循环800小时过电位仅为38mV。利用金属锡层保护锌片表面在不增加界面阻抗条件下，能使极片长时间稳定工作。
特点3：本发明利可一步制备锡-锌金属负极。本发明过一步简单的离子交换便可完成金属锡在普通锌片表面形成保护膜的反应过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、所制备锡-锌金属负极的过程无毒无害。
2、所制备的锡-锌金属负极，工艺简单，一步便可完成抑制副反应和析氢反应的锌金属负极。
3、所制备的锡-锌金属负极电化学性能十分稳定，在0.25mAh cm-2,0.5mAcm-2条件下，长循环1000小时过电位仅为48mV。
附图说明
图1是实物图：(a)普通锌片；(b)打磨过锌片；(c)制备的锡-锌金属负极；
图2是锡-锌金属负极微观结构图。锡金属均匀平铺分布在锌片表面，颗粒大小均匀；
图3是锡-锌金属负极对称电池循环性能；
图4：锡-锌金属负极在活性炭电容器中的倍率性能。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
为了更好的说明本发明的工艺效果，下面以具体实例加以说明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。例如在原料部分将氯化锡或氯化亚锡换成其他含有锡离子或亚锡离子的盐溶液也可制出锡-锌金属负极。这些都属于本发明的保护范围。
(1)取长4.0cm，宽3.5cm锌片，用1000目砂纸沿同一方向打磨，直至表面全部区域颜色为银白色金属光泽。(2)取1mol氯化锡或氯化亚锡，溶于1000mL蒸馏水或去离子水中，并在超声中搅拌10min，溶解后溶液呈乳白色，系锡离子或亚锡离子水解所致，此时用浓盐酸缓慢滴定至溶液刚好澄清即可用于下一步的制备过程。(3)用纸巾擦掉刚打磨后的锌片表面的粉末，尽快浸泡在50mL锡盐溶液中，计时30s。(4)用蒸馏水冲洗掉极片表面残余溶液，防止残余锡盐溶液中锡或亚锡离子继续反应，擦干极片。至此，锡-锌金属负极制备成功。
综上所述：本发明涉及锡金属层包覆锌负极的制备方法，具体涉及一种锡金属层包覆锌负极材料及制备过程中所需溶液的制备方法。步骤1：将普通锌片打磨，使之失去钝化层；步骤:2：制备锡盐溶液。取1mol锡盐溶于去离子水中，定容前用浓盐酸滴加至溶液刚好澄清透明后定容到1000mL。步骤:3：将锌片浸泡在上诉均一溶液中，常温常压下浸泡30s；待反应结束后，即可用作组装锌离子电容器或电池的负极。步骤1说明：打磨锌片的砂纸选用1000目，打磨至内层金属锌完全暴露，带有银白色金属光泽，用纸巾擦去表面的粉末。步骤2说明：将1mol的氯化亚锡或者氯化锡溶解在1000mL去离子水中，溶解后溶液呈乳白色，系锡离子或亚锡离子水解所致。此时用浓盐酸缓慢滴定至溶液刚好澄清即可用于下一步的制备过程。步骤3说明：将步骤1锌片浸泡在步骤二溶液中，控制时间30s即可。
Claims (6)
1.一种用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料，其特征是，由以下步骤制备而成：
步骤1：将普通锌片打磨，使之失去钝化层；
步骤:2：制备锡盐溶液；取1mol锡盐溶于去离子水中，定容前用浓盐酸滴加至溶液刚好澄清透明后定容到1000mL；
步骤:3：将锌片浸泡在上诉均一溶液中，常温常压下浸泡30s；
待反应结束后，即得到用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料。
2.根据权利要求1所述的用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料，其特征是，所述步骤一具体为：打磨锌片的砂纸选用1000目，打磨至内层金属锌完全暴露，带有银白色金属光泽，用纸巾擦去表面的粉末。
3.根据权利要求1所述的用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料，其特征是，所述步骤二具体为：将1mol的氯化亚锡或者氯化锡溶解在1000mL去离子水中，溶解后溶液呈乳白色，系锡离子或亚锡离子水解所致，此时用浓盐酸缓慢滴定至溶液刚好澄清即可用于下一步的制备过程。
4.一种用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤1：将普通锌片打磨，使之失去钝化层；
步骤:2：制备锡盐溶液；取1mol锡盐溶于去离子水中，定容前用浓盐酸滴加至溶液刚好澄清透明后定容到1000mL；
步骤:3：将锌片浸泡在上诉均一溶液中，常温常压下浸泡30s；
待反应结束后，即得到用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料。
5.根据权利要求4所述的用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料，其特征是，所述步骤一具体为：打磨锌片的砂纸选用1000目，打磨至内层金属锌完全暴露，带有银白色金属光泽，用纸巾擦去表面的粉末。
6.根据权利要求4所述的用于锌金属电池/电容器的锡-锌负极材料，其特征是，所述步骤二具体为：将1mol的氯化亚锡或者氯化锡溶解在1000mL去离子水中，溶解后溶液呈乳白色，系锡离子或亚锡离子水解所致，此时用浓盐酸缓慢滴定至溶液刚好澄清即可用于下一步的制备过程。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210430 |