硅藻土涂層改性鋅負極及其在鋅離子電池中的應用

王春源，黃杜斌，宋波濤，程宏飛

(1.中國礦業大學(北京)地球科學與測繪工程學院，北京 100083;2.北京金羽新能科技有限公司，北京 100089)

0 引 言

鋰離子電池因其高能量密度和良好的循環性能，在便攜式電子設備和電動汽車等領域被廣泛應用[1]。然而，其成本高、安全性差等特點使其在大規模固定式儲能系統中的應用受到一定限制。二次水系鋅離子電池是一種以金屬鋅為負極材料、中性或偏酸性鋅鹽水溶液為電解液、可嵌入鋅離子材料為正極的電池體系。因其安全環保、成本低等優點成為近幾年能源領域的研究熱點[2-3]。然而，將鋅離子電池付諸應用還存在一系列問題亟待解決。例如，鋅離子電池在循環過程中負極區域發生金屬鋅的沉積/溶解反應，重新沉積的鋅在無任何控制條件下會逐漸轉變為無定型狀[4]，一方面會沿縱向生長刺穿隔膜造成接觸式短路，導致電池壽命縮短；另一方面，會形成疏松結構從表面脫落，進而形成無反應活性的“死鋅”，造成容量損失。目前，針對電池中鋅沉積/溶解問題，出現了許多優化鋅負極循環性能的研究方案。在電解質方面，Wang等[5]設計合成基于MOF材料的Zn2+固態電解質并用于鋅離子電池，電極表面的固體顆粒對Zn2+沉積起到限制和引導的作用，在循環過程中Zn保持致密、均勻和光亮。類似的，Wang等[6]將支化芳族聚酰胺納米纖維和聚環氧乙烷的復合材料用作Zn2+固態電解質，也具有抑制鋅枝晶生長的作用。優化電極結構一直是促進金屬電極沉積均勻的可行方法之一，如構造海綿鋅[7]、鋅纖維[8]等具有大比表面積的鋅電極，減輕循環過程中Zn2+沉積帶來的體積變化。……