[發明專利]一種纖維狀空氣電池

有效

• 申請號: 201810303908.8
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108493459B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 李曉強;王紀冬;喻穎;張楚瑩;魏文慧;李曉媚;李文英;鐘楚怡
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M12/08
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

1.一種纖維狀空氣電池，其特征在于，所述纖維狀空氣電池是將陽極金屬材料及溶液紡絲材料通過溶液紡絲方法成型構成陽極纖維；而后采用含有相應陽極金屬材料離子的固態電解質包覆在陽極表面構成電解質層；在電解質層外表面使用石墨烯、多孔石墨或者碳纖維作為陰極；最后通過塑料包封得到纖維狀空氣電池；所述陽極金屬材料為鋅粉；所述溶液紡絲材料是由成纖材料、鋅粉和導電碳粉組成，所述成纖材料為聚丙烯腈(PAN)粉體；所述鋅粉的質量分數為60％-70％，碳粉的質量分數為5％-10％，PAN的質量分數為20-35％。

2.根據權利要求1所述的纖維狀空氣電池，其特征在于，所述陽極纖維的直徑為0.5-1.0mm。

3.根據權利要求1所述的纖維狀空氣電池，其特征在于，所述電解質為經聚四氟乙烯(PTFE)改性后的聚偏氟乙烯(PVDF)凝膠聚合物，其中加入醋酸鋅作為離子供體；所述電解質層的厚度為0.5-1.5mm。

4.根據權利要求1所述的纖維狀空氣電池，其特征在于，陰極是由石墨烯以及粘結劑聚偏氟乙烯(PVDF)組成。

5.一種纖維狀空氣電池的制備方法，其特征在于，所述方法具體步驟如下：

(1)配制溶液紡絲材料：在二甲亞砜中以一定濃度加入PAN粉體、鋅粉和導電碳粉；所述步驟(1)中的鋅粉的質量分數為60％-70％，碳粉的質量分數為5％-10％，PAN的質量分數為20-35％；所述PAN粉體、鋅粉和導電碳粉的整體濃度為0.15-0.2g/mL；

(2)陽極纖維成型：采用計量泵擠出進行紡絲，并以水作為凝固浴對制得纖維進行冷卻和凝固，采用轉筒收集陽極纖維；

(3)電解質層的制備：將經PTFE改性的PVDF、醋酸鋅的N-甲基吡咯烷酮溶液通過定速注射器均勻的流延涂敷于陽極纖維表面，而后經過烘箱烘干處理使電解質包覆于陽極纖維表面；

(4)陰極的制備：采用步驟(3)所述的流延涂敷的方法，將含有石墨烯的PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液流延涂覆于電解質層表面，最終得到纖維狀空氣電池。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述紡絲的具體方法為：采用計量泵擠出方式，在溫度55-65℃，噴嘴直徑為1.5-2.5mm，入水距離為35-45cm，凝固浴長度為115-125cm，使用轉筒接收纖維。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述PTFE改性的PVDF的濃度為0.1-0.2g/mL，醋酸鋅的N-甲基吡咯烷酮溶液的濃度為0.02-0.05g/mL；所述改性的PVDF的制備方法為：通過乳液聚合法得到聚四氟乙烯同PVDF的無規共聚物，其中四氟乙烯重復單元所占比例為5-10％。

8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述烘箱烘干條件為：75-80℃鼓風；所述石墨烯的PVDF的N-甲基吡咯烷酮溶液中，PVDF的濃度為0.1-0.2g/mL，石墨烯的濃度為0.1-0.2g/mL，采用機械攪拌混合均勻。