[發明專利]一種柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法

在審

• 申請號: 202110079029.3
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112909313A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 牛志強;姚敏杰;王瑞
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01M10/04
• 分類號: H01M10/04;H01M10/36;H01M10/38;H01M4/04
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 張耀

1.一種柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，以電極材料勻漿和電解質溶液為原料，利用多層涂覆技術，將電極材料勻漿涂覆到柔性基底上，調節溫度使溶劑揮發得到柔性電極薄膜；隨后將電解質溶液直接涂覆到電極薄膜表面，調節溫度揮發溶劑，使電解質溶液凝膠化形成凝膠電解質薄膜，得到柔性電極-電解質集成結構；最后，進一步結合自動輥壓裝置對兩個電極-電解質集成結構進行連續無縫組裝，實現柔性一體化水系儲能器件的大規模連續制備。

2.如權利要求1所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，器件結構包括兩電極和電解質，根據器件結構設計需要選擇是否使用隔膜。

3.如權利要求1所述柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，電極材料均勻分散在水或有機溶劑中，包括碳材料、MXene材料、導電聚合物、金屬粉末、金屬氧化物、金屬氫氧化物、羥基氧化物、金屬酸鹽中的一種或多種。

4.如權利要求1所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，電解質溶液由電解質、高分子聚合物和溶劑組成，初始為流動態，揮發溶劑形成凝膠態；所述的電解質為酸、堿或鹽；所述的高分子聚合物包括但不限于聚乙烯醇、聚環氧乙烯；所述的溶劑為去離子水。

5.如權利要求1所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，通過涂覆技術將漿料或溶液均勻分散于基底上涂裝成膜，包括但不限于刮涂、噴涂、輥涂技術中的一種或多種。

6.如權利要求1所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，基底具有合適的表面能，能夠使電極勻漿和凝膠電解質在其表面成膜且易于分離，包括但不限于聚對苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚酰亞胺中的一種聚合物薄膜。

7.如權利要求1所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，通過調節溫度使電極勻漿和電解質溶液中的溶劑快速揮發，溫度范圍為20-100℃。

8.如權利要求1所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，控制電極勻漿中的溶劑揮發獲得電極薄膜；控制電解質溶液中的溶劑揮發，使電解質溶液凝膠化，獲得凝膠電解質薄膜，方法包括但不限于加熱臺加熱、鼓風加熱、室溫干燥中的一種或多種。

9.如權利要求1所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，自動輥壓裝置滾軸的轉速可調，調節的速度范圍為2-50cm/s；輥壓裝置兩滾軸間的距離根據器件厚度進行調節，調節的距離范圍為0-3mm。

10.如權利要求2所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，隔膜為適用于電容器、氫/鋰/鈉/鉀/鋅/鎂/銅/鐵/錳/鋁離子電池或混合離子電池的各種隔膜，包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯的聚合物微孔膜或纖維素濾紙或玻璃纖維濾紙中的一種或多種。

11.如權利要求3所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，碳材料包括但不限于碳納米管、石墨烯中的一種或多種；MXene材料包括但不限于碳化釩、碳化鈦中的一種或多種；導電聚合物包括但不限于聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一種或多種；金屬粉末包括但不限于錳粉、鐵粉、銅粉、鋅粉中的一種或多種；金屬氧化物包括但不限于釩氧化物、錳氧化物、鈷氧化物中的一種或多種；金屬氫氧化物包括但不限于氫氧化鈷、氫氧化鎳中的一種或多種；羥基氧化物包括但不限于羥基氧化鐵、羥基氧化鈷、羥基氧化鎳中的一種或多種；金屬酸鹽包括但不限于金屬釩酸鹽、錳酸鹽、鈦酸鹽中的一種或多種。

12.如權利要求3所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，溶劑與電極材料無副反應且易揮發，包括但不限于去離子水、甲醇、乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種。

13.如權利要求4所述的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，其特征在于，酸包括但不限于硫酸、磷酸中的一種強酸；堿包括但不限于氫氧化鉀；鹽包括但不限于鋰/鈉/鉀/鋅/鎂/銅/鐵/錳/鋁的硫酸鹽、磺酸鹽或氯化物中的一種或多種中性或近中性的鹽。