[發明專利]纖維形電能采集和存儲裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 201610011765.4
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN106960979A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 彭慧勝;孫浩;姜藝舒
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社;復旦大學
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/46
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 弋桂芬

技術領域

本公開涉及纖維形電能采集和存儲裝置以及制造該裝置的方法。

背景技術

與平板結構或者塊體結構相比較，纖維形電能采集和存儲裝置重量輕，柔韌，并且可編織，因而得到很多關注。近幾年，對纖維形太陽能電池、超級電容器和鋰離子電池的研究已被集中地進行。通常的纖維形電能采集裝置通過將兩個涂覆有活性材料的纖維電極彼此纏繞來制造。為了減小通常的纖維形電能采集裝置的尺寸并且改善其性能，光電轉換裝置和電化學存儲裝置需要被集成到單個纖維形裝置中。

發明內容

纖維形電能采集和存儲裝置以及制造它的方法被提供。

附加方面部分地將在隨后的描述中被闡明，部分地將因為該描述而明顯，或者可以通過對所介紹的實施方式的實踐而被了解。

根據本發明的一方面，一種電能采集和存儲裝置包括：纖維形基底；被設置為圍繞所述基底的鋰離子存儲單元；以及被設置為圍繞鋰離子存儲單元的多個光電轉換單元。

光電轉換單元可以在基底的長度方向上互相間隔開，并且可以彼此串聯連接。

鋰離子存儲單元可以包括繞基底設置的纖維形陰極和纖維形陽極、被設置為與基底間隔開并且圍繞基底的第一圓柱形管、以及被設置為填充基底和第一圓柱形管之間的空間的第一電解質。

陰極和陽極可以纏繞基底，并且陰極和陽極中的每一個可以包括定向多壁碳納米管(MWCNT)和附著于所述MWCNT的活性材料納米顆粒。

光電轉換單元中的每一個可以包括設置在第一圓柱形管上的對電極、設置在對電極上的光電陽極、設置為與第一圓柱形管間隔開并且圍繞第一圓柱 形管的第二圓柱形管、以及設置為填充第一圓柱形管和第二圓柱形管之間的空間的第二電解質。

對電極可以包括被設置為圍繞第一圓柱形管的定向MWCNT。光電陽極可以以螺旋形狀纏繞對電極。光電陽極可以包括設置在對電極上的鈦(Ti)金屬線、以及在Ti金屬線的表面上垂直地排列的Ti二氧化物納米管。

光電轉換單元的光電陽極可以被電連接至與前者光電轉換單元相鄰的光電轉換單元的對電極。光電轉換單元的光電陽極可以被電連接至鋰離子存儲單元的陽極，以及光電轉換單元的對電極可以被電連接至鋰離子存儲單元的陰極。

根據本發明的一方面，一種制造電能采集和存儲裝置的方法包括：準備纖維形基底；設置鋰離子存儲單元以圍繞基底；以及設置多個光電轉換單元以圍繞鋰離子存儲單元。

光電轉換單元可以在基底的長度方向上互相間隔開，并且可以彼此串聯連接。

鋰離子存儲單元的所述設置可以包括：在基底上設置纖維形陰極和纖維形陽極；設置第一圓柱形管以與基底間隔開并且圍繞基底；以及在基底和第一圓柱形管之間設置第一電解質。

陰極和陽極中的每一個可以包括定向MWCNT和附著于定向MWCNT的活性材料納米顆粒。

光電轉換單元的所述設置可以包括：在第一圓柱形管上設置對電極；在對電極上設置光電陽極；設置第二圓柱形管以與第一圓柱形管間隔開并且圍繞第一圓柱形管；以及在第一圓柱形管和第二圓柱形管之間設置第二電解質。

光電陽極可以以螺旋形狀纏繞對電極。光電轉換單元中的每一個的光電陽極可以被電連接至與所述每個光電轉換單元相鄰的光電轉換單元的對電極。

附圖說明

由于以下結合附圖的對實施方式的描述，這些和/或其它方面將變得明顯且更容易理解，附圖中：

圖1是根據一示例性實施方式的電能采集和存儲裝置的透視圖；

圖2是沿圖1中的線II-II截取的剖視圖；

圖3示出圖1的電能采集和存儲裝置中設置在纖維形基底上的陰極和陽極；

圖4示出圖1的電能采集和存儲裝置中設置在對電極上的光電陽極；

圖5A-5F是透視圖，其用于解釋制造根據圖1的示例性實施方式的電能采集和存儲裝置的方法；

圖6A是掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其示出鈦(Ti)金屬線以螺旋形狀纏繞定向多壁碳納米管(MWCNT)；

圖6B是SEM圖像，其示出定向MWCNT片；

圖6C是SEM圖像，其示出Ti二氧化物納米管；

圖6D是SEM圖像，其示出Ti金屬線和定向MWCNT之間的連接部分；

圖6E是SEM圖像，其示出包括纖維形陰極和纖維形陽極的電能采集和存儲裝置的橫截面；

圖6F和6G分別是包括附著于其上的LiMn₂O₄(LMO)納米顆粒的定向MWCNT的SEM圖像和該定向MWCNT的放大圖；