[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

本發明公開了一體化柔性電池，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。本發明提供的新型的一體化柔性電池結構，避免了集成層之間的相對滑動和分離，保證了電池在各種彎曲下的完整性，進而提高電池的柔韌性和機械性能；同時，電紡絲制備的柔性多孔納米絲聚合物隔膜，不僅有效地避免了正負極活性材料的短路，而且有利于離子的快速傳輸；從而表現出優異的倍率性能和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及柔性儲能器件制備方法技術領域，具體涉及一種超薄的、高柔性且可穿戴、可植入的一體化柔性電池的制備方法。

背景技術

近年來，開發便攜式、多功能的可穿戴電子器件成為未來智能生活追求多功能化、小型化的一個重要趨勢，這就要求所需的儲能設備具有輕便、安全、高性能等特點。特別是皮膚等各種生物器官與電源在內的電子設備之間的智能接口，要求這些設備具有舒適的、高柔性的人機接口。而目前，人們使用的傳統的電池、超級電容器等儲能設備均采用正極-隔膜-負極夾層結構，這種結構增大了電解液離子的傳輸途徑，但是，由于其采用碳布、不銹鋼網以及金屬箔作為集流體，變形過程中性能退化明顯，機械性能較差。因此，開發一種結構合理的高性能儲能器件以更好地克服這些問題和挑戰是非常有必要的。新型的

鋅離子電池由于其安全性高、加工簡便、成本效益高等優點而受到人們的廣泛關注。值得注意的是，鋅離子電池中典型的金屬鋅負極具有無毒、生物相容性、更高的安全性、Zn²⁺/Zn的低氧化還原電位(-0.76 V，與標準氫電極相比)和高理論容量(820毫安時/克)等優點。通過與錳氧化物、釩氧化物等隧道/層狀結構的正極活性材料的配對，鋅離子電池可以獲得非常具有前途的電化學性能。更重要的是，所有用于鋅離子電池的材料都顯示出優越的生物相容性和無毒特性。

發明內容

本發明所要解決的而技術問題是針對現有技術中的缺點而提供一種集多孔隔膜、集流體、負極活性材料、正極活性材料于一體的柔性鋅離子電池，本發明解決了目前夾層結構電池以及超級電容器柔性差、尺寸大、能量密度低以及難以穿戴等問題，本發明制備方法簡單，成本低廉，所制得的一體化柔性鋅離子電池具有超薄的厚度、良好的柔性、較高的放電比容量以及能量密度。

為解決本發明的技術問題采用如下技術方案。

一種一體化柔性電池，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。

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。