[發明專利]一種一體化柔性電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202011370956.2
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112448099B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 傅杰財;邵智鵬;謝二慶;郭洪州;程思拓;張亞雄;崔曉莎;劉宇鵬;孫振哼
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: H01M50/417
• 分類號: H01M50/417;H01M50/426;H01M50/414;H01M50/44;H01M50/46;H01M10/0565;H01M10/054;H01M10/058;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 蘭州澤一知識產權代理有限公司 62207
• 代理人: 周春雷

1.一種一體化柔性電池，其特征在于：包括多孔的聚合物納米絲隔膜、集流體、負極活性材料、正極活性材料和凝膠電解液，所述集流體采用涂覆法涂覆在多孔的聚合物納米絲隔膜的兩側，在涂覆集流體的多孔的聚合物納米絲隔膜兩側分沉積負極活性材料和正極活性材料，然后通過浸潤法組裝一體化電池，使凝膠電解液設置于負極活性材料和正極活性材料之間；

其中所述多孔的聚合物納米絲隔膜是采用將聚合物溶液采用靜電紡絲法制備得到的，其中所述的聚合物溶液由聚合物粉末和有機溶劑組成；其中所述的聚合物粉末為聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、醋酸纖維素、聚丙烯、聚乙烯和聚乙烯醇的一種或幾種；所述的有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、三氟乙酸和甲磺酸的一種或幾種組成；所述的聚合物溶液用量為5-50mL；所述的聚合物粉末與有機溶劑之間的質量比為0.2-3:3-40；

所述集流體為導電碳材料和分散劑分散于去離子水中形成的混合物，所述的混合物用量為50-1000mL；具有三維導電網絡，其中導電碳材料為導電炭黑、乙炔黑、碳納米管和石墨烯的一種或幾種組成，所述分散劑為N-乙烯基-2-吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉的一種；其中導電碳材料、分散劑、去離子水質量比為50-100:1-5:50-200；所述的集流體的厚度是50nm-10um，負載量為0.1-100 mg/cm²。

2.根據權利要求1所述的一種一體化柔性電池，其特征在于：所述多孔的聚合物納米絲隔膜由許多堅韌的聚合物納米絲組成；所述納米絲的直徑大小為20-500nm；所述多孔的聚合物納米絲隔膜厚度為20-500um；多孔的孔徑大小為50nm-10um。

3.根據權利要求1或2所述的一種一體化柔性電池，其特征在于：所述負極活性材料由鋅鹽、支持電解液溶于去離子水中形成的電鍍液采用沉積法制備的，所述的電鍍液用量為50-1000mL；具有三維的納米片結構，其中三維的納米片厚度為20nm-2um，所述的負極活性材料的厚度為100nm-10um，負載量為4-100mg/cm²；所述的鋅鹽、支持電解液與去離子水之間的質量比為20-100:6-30:200-1000。

4.根據權利要求3所述的一種一體化柔性電池，其特征在于：所述負極活性材料制備時使用的鋅鹽為氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅、硫酸鋅、醋酸鋅的一種；支持電解液為氯化鉀、氯化銨、氯化鈉、硫酸鈉的一種。

5.根據權利要求1或4所述的一種一體化柔性電池，其特征在于：所述正極活性材料由鋅鹽和錳鹽溶于去離子水中形成的電鍍液采用沉積法制備的，具有三維的納米片結構，其中三維的納米片厚度為20nm-2um，所述的正極活性材料的厚度為100nm-10um，負載量為0.1-50mg/cm²；所述的電鍍液用量為50-1000mL；所述的鋅鹽、錳鹽與去離子水之間的質量比為5-100:6-120:300-1000。

6.根據權利要求5所述的一種一體化柔性電池，其特征在于：所述正極活性材料制備時使用的鋅鹽為硫酸鋅、醋酸鋅、硝酸鋅的一種；錳鹽為硫酸錳、醋酸錳、硝酸錳的一種。

7.根據權利要求1或6所述的一種一體化柔性電池，其特征在于：所述凝膠電解液用量為0.5-5mL；所述凝膠電解液由聚合物和離子電解質溶于去離子水中形成的，其中聚合物為聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚環氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯的一種或多種，離子電解質為鋅鹽、鋰鹽、鉀鹽、鈣鹽、鈉鹽、鋁鹽、鎂鹽、鐵鹽和銅鹽中的一種或多種；所述的聚合物、離子電解質與去離子水之間的質量比1-100:2.5-300:10-1000。