[發(fā)明專利]一種適用于氣溶膠打印的凝膠電解質(zhì)墨水及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111110016.4
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113871760B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于影;左雨欣;左春檉;董曉瑋;王躍;趙鋒良;任麗俐
• 申請（專利權(quán)）人: 嘉興學(xué)院;浙江長虹飛獅電器工業(yè)有限公司
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;C09D11/38;C09D11/30
• 代理公司: 嘉興瑞誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33519
• 代理人: 李色燕

本發(fā)明公開了一種適用于氣溶膠打印的凝膠電解質(zhì)墨水及其制備方法，所述凝膠電解質(zhì)墨水由如下成分構(gòu)成：溶劑、交聯(lián)劑、電解質(zhì)和增強劑；各組分按照一定比例依據(jù)特定添加順序，配制可打印墨水。本發(fā)明根據(jù)電解質(zhì)的酸堿性不同，公開了中性和堿性兩種凝膠電解質(zhì)墨水。本發(fā)明所述的凝膠電解質(zhì)墨水滿足氣溶膠打印特性，墨水粘度和顆粒直徑均滿足氣溶膠打印需求，具有可霧化性及打印過程中優(yōu)異的穩(wěn)定性；相比于其他方式制備固態(tài)凝膠電解質(zhì)，通過氣溶膠打印技術(shù)制備的固態(tài)凝膠電解質(zhì)具備交聯(lián)速度快、制備工藝簡單、成膜均勻性好等優(yōu)點。所打印的凝膠電解質(zhì)可應(yīng)用于柔性金屬空氣電池，提高電池的機械性能，對金屬空氣電池的進一步應(yīng)用提供有力技術(shù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種適用于氣溶膠打印的凝膠電解質(zhì)墨水及其制備方法，屬于柔性電子能源器件應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著柔性可穿戴電子設(shè)備的迅速發(fā)展，對于柔性能源器件提出了更高的要求。金屬空氣電池是常用的柔性能源器件，為提高使用安全性，一般采用固態(tài)電解質(zhì)，從根本上解決電解液泄露風險。根據(jù)目前文獻資料，固態(tài)電解質(zhì)一般基于溶膠-凝膠法制備，但是這種制備方法所制備的凝膠固態(tài)電解質(zhì)厚度較大，使得組裝完成的金屬空氣電池尺寸、體積、質(zhì)量較大。為提高金屬空氣電池在柔性可穿戴電子器件中的可應(yīng)用性，科研人員嘗試降低電解質(zhì)厚度，并制備超薄電解質(zhì)薄膜。噴墨打印制備是一種制備超薄電解質(zhì)薄膜的常規(guī)方法，通過壓電模式將墨水擠壓噴射至基底表面，噴頭直徑較小，一般為20微米左右。噴墨打印制備超薄凝膠電解質(zhì)沒有進一步推廣應(yīng)用，其主要原因在于：其一，噴頭尺寸較小，極易造成噴頭堵塞問題，打印過程不穩(wěn)定；其二，噴頭尺寸參數(shù)對于墨水粘度要求較高，噴射條件對于墨水物理特性的苛刻要求極大限制了電解質(zhì)材料的選擇范圍；其三，噴墨打印制備的電解質(zhì)薄膜厚度難以控制，均勻性較差，電解質(zhì)厚度不均一使得其在彎折過程中易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，造成電解質(zhì)斷裂，機械性能較差，不益于柔性電子器件的使用。

氣溶膠打印是近年來新興的增材制造技術(shù)，墨水通過超聲震蕩的方式形成微小氣溶膠顆粒，利用傳輸載氣將氣溶膠輸送至噴頭處，經(jīng)束流氣源聚焦打印在基底上。氣溶膠噴頭直徑較大，一般為100-200微米，對于打印材料的包容性較大。另外，氣溶膠打印制備薄膜材料的均勻性較好，能夠滿足柔性電子器件彎折、扭轉(zhuǎn)等應(yīng)用場景。然而，氣溶膠打印制備電解質(zhì)墨水組份復(fù)雜，需具備可霧化、可噴射特性，打印過程中需具備穩(wěn)定性，墨水各組分的配比、制備流程都將影響其噴射效果，從而影響電解質(zhì)薄膜的厚度尺寸及厚度均勻性。但是，通過大量文獻檢索，目前關(guān)于氣溶膠打印墨水及墨水制備的相關(guān)報道極少。發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于氣溶膠打印的凝膠電解質(zhì)墨水及其制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種適用于氣溶膠打印的凝膠電解質(zhì)墨水，其包括：

75-85%的純水；

5%-10%的交聯(lián)劑；

5%-15%的電解質(zhì)；

5%-10%的增強劑，

以上配方按照設(shè)定的投入順序，經(jīng)由恒溫水浴中磁力攪拌制備，且制備而成的適用于氣溶膠打印的凝膠電解質(zhì)墨水的粒子粒徑范圍小于1μm，粘度范圍小于10mPa·s。

所述電解質(zhì)為中性電解質(zhì)或堿性電解質(zhì)的中的任意一種。

所述中性電解質(zhì)為氯化鈉、氯化鉀、硝酸鉀，氯化鈣或硫酸鈉中的任意一種。

所述堿性電解質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇或一水合氨中的任意一種。

所述增強劑為甘油。

所述交聯(lián)劑為聚乙烯醇或可溶于純水的有機物。

一種用于制備上述適用于氣溶膠打印的凝膠電解質(zhì)墨水的制備方法，其包括以下步驟：