[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

本發明涉及一種柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法，本發明利用多層涂覆技術將電極材料和電解質制備成大面積柔性電極?電解質集成結構，結合輥壓技術實現不同電極?電解質集成結構的連續組裝，獲得大面積柔性一體化儲能器件。電極材料可以是碳材料、金屬粉末、導電聚合物、金屬氧化物、金屬氫氧化物、羥基氧化物、金屬酸鹽等；電解質可以是酸、堿或鹽與高分子聚合物形成的凝膠電解質。本發明提出的柔性一體化水系儲能器件各組分具有連續無縫的界面連接，在形變下能夠保持優異的結構和電化學穩定性，具有制備流程簡單、可操作性強、適用性廣、可規模化生產等特點，在柔性可穿戴電子器件、集成電路及通訊科技等領域有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于電化學領域，涉及一種柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法。

背景技術

近年來，隨著柔性電子設備的快速發展，作為其重要的供能裝置，越來越多的儲能器件朝著柔性可穿戴的方向發展。然而，目前的柔性儲能器件一般采用“三明治”疊層結構設計，將相互獨立的電極和隔膜等組件層層堆疊組裝而成。獨立組件的使用和由此產生的疊層構型導致各組件間僅存在簡單的物理接觸，很容易在形變下發生相鄰組件的相對位移或分離，不利于應力或載流子的連續有效傳遞，導致器件電化學性能降低甚至短路。因此，柔性儲能器件發展的關鍵在于柔性組件的制備和非傳統器件結構的設計。在眾多儲能體系中，水系儲能器件由于直接采用水溶液作為電解液，具有成本低、安全性高、環境友好等優點，成為電化學領域的研究熱點。為進一步推動柔性儲能器件的產業化進程，設計具有高柔性和結構穩定性的柔性水系儲能器件并開發與之相匹配的大規模連續制備方法勢在必行。

不同于傳統疊層結構，一體化設計可以將器件的各組件包括電極、隔膜、集流體等進行集成組裝，其特點在于各組件在組裝過程中已形成連續無縫的界面連接，有利于應力和載流子在界面處的連續有效傳遞，表現出優異的結構和電化學穩定性，從而解決疊層結構柔性儲能器件結構和電化學穩定性較差的問題。另外，由于一體化結構對各組件力學性能和組裝工藝等具有較高要求，迫切需要開發成本低廉、工藝簡單的一體化集成組裝方法。其中，涂覆技術作為一種成熟的涂裝工藝具有成本低、工時短、工藝簡單、可規模化生產等優點，已廣泛應用于各種薄膜材料或涂層的生產制造。因此，通過多層涂覆技術有望實現不同組件的連續集成組裝，進一步實現柔性一體化水系儲能器件的大規模連續制備。

本發明結合多層涂覆和輥壓技術實現了不同組件的層層連續組裝，成功發展了一種電極和電解質高度集成的柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法。該發明具有方法簡單、可設計性強、適應性廣、可大規模制備等優點，在柔性可穿戴電子器件、集成電路及通訊科技等領域有著廣泛的應用前景。

發明內容：

本發明的目的是針對目前柔性儲能器件在形變下結構和電化學穩定性較差且難以實現大規模制備的問題，提供一種柔性一體化水系儲能器件大規模連續制備方法。該方法的關鍵在于利用多層涂覆結合輥壓技術使器件各組件在組裝過程中形成連續無縫的界面連接，確保所組裝的柔性一體化水系儲能器件在形變下仍能保持優異的結構和電化學穩定性。本發明具有方法簡單、可設計性強、適應性廣、可大規模制備等優點，在柔性可穿戴電子器件、集成電路及通訊科技等領域有著廣泛的應用前景。

本發明的技術方案如下：

1.柔性電極的制備

本發明將電極材料均勻分散到溶劑中制備電極材料勻漿，利用涂覆技術將電極材料勻漿均勻涂覆到基底上，調節溫度使溶劑快速揮發，得到柔性電極薄膜。

其中，所述的電極材料可以是碳材料(碳納米管、石墨烯等)、MXene材料(碳化釩、碳化鈦等)、導電聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)、金屬粉末(錳粉、鐵粉、銅粉、鋅粉等)、金屬氧化物(釩氧化物、錳氧化物、鈷氧化物等)、金屬氫氧化物(氫氧化鈷、氫氧化鎳等)、羥基氧化物(羥基氧化鐵、羥基氧化鈷、羥基氧化鎳)、金屬酸鹽(釩酸鹽、錳酸鹽、鈦酸鹽等)等。

其中，所述的分散方法可以是超聲分散、磁力攪拌、機械攪拌、快速混勻法等。