一种微型电池及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种微型电池及其制备方法与应用，所述制备方法包括：将微加工叉指金属薄电极于一定浓度的硫酸镍与硫酸铵溶液中，采用电沉积气泡模板法，于叉指型微电极表面构筑三维多孔结构，再将3,4

【技术实现步骤摘要】
一种微型电池及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及纳米储能材料、微加工工艺、检测技术的交叉
，具体而言，涉及一种微型电池及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]目前已知的高速旋转装备，存在对其安全性监测困难的问题，比如长久以来，以船舶螺旋桨、动车轮组、飞机压缩机等为代表的高速旋转装备，其在位监测技术难以实现，只能采取多人工机械拆卸等繁琐检修方式，大大增加了检修成本。
[0003]微型电池具有体积微小、自重量轻、结构简单等优势，能够在极小(小于5mm)、极薄(小于200μm)、极轻(小于50mg)的条件下提供高能量密度与功率密度，因此微型电池相比于商用小型扣式电池可适用于更多场景。因此能够为处于极端环境的智能网络节点、微纳传感器、微型机器人等设备提供能量。
[0004]然而目前小型扣式电池的为了提高能量密度，多采用致密的活性材料负载方式，电子/离子传导极差，因此电压平台低，工作电流极小，仅能为纳安至亚微安级别电子设备供能，极大限制了其使用场景。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种微型电池及其制备方法与应用，以解决现有高速旋转装备安全性监测困难的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种微型电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008]S1、二氧化锰/3,4
‑
乙烯二氧噻吩聚合物微电极的制作
[0009]S11、将硫酸镍与硫酸铵混合，得到混合液A；在所述混合液A中，以金属微型叉指电极作为工作电极，在恒压下采用三电极沉积方法，得到多孔金属微电极；
[0010]S12、将乙酸锰与3,4
‑
乙烯二氧噻吩混合，得到混合液B，在所述混合液B内，以多孔金属微电极作为工作电极，在恒压下采用电沉积工艺，得到二氧化锰/3,4
‑
乙烯二氧噻吩聚合物微型电极；
[0011]S2、锌包覆碳纳米管微电极的制作
[0012]S21、将碳纳米管分散于乙醇溶液中，加入硝酸镁，混合均匀后得到混合液C，在所述混合液C中，将铂片和黄铜微电极分别作为正、负极，在恒压电源下采用电泳工艺，得到叉指微电极；
[0013]S22、将硫酸锌与硫酸钠混合，得到混合液D，在所述混合液D内，以叉指微电极作为工作电极，采用恒压沉积法，在所述工作电极表面沉积金属锌纳米片，得到锌包覆碳纳米管微电极；
[0014]S3、微型电池的组装
[0015]S31、将所述二氧化锰/3,4
‑
乙烯二氧噻吩聚合物微型电极与所述锌包覆碳纳米管
微电极分别作为正极、负极，在光学显微镜下进行组装；
[0016]S32、组装后的电极表面涂覆硫酸锰/硫酸锌/黄原胶凝胶电解液，封装后得到微型电池。
[0017]按上述方案，所述混合液A，所述硫酸镍与所述硫酸铵的质量比为1：(1～10)，所述混合液B中，所述乙酸锰与所述3,4
‑
乙烯二氧噻吩的质量比为0.5～(10：1)。
[0018]按上述方案，步骤S11中所述在恒压下采用三电极沉积方法包括：以金属微型叉指电极作为工作电极，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，在恒压
–
3～
–
5V条件下沉积10～200s。
[0019]按上述方案，步骤S12中，所述电沉积工艺包括：将金属微型叉指电极作为工作电极、铂片作为对电极、银/氯化银电极作为参比电极，在电压区间0～0.9V的电压下，采用1～50mV s
‑1扫速，循环沉积10～200圈。
[0020]按上述方案，所述混合液C中，所述碳纳米管与所述硝酸镁的质量比为0.5～(10：1)，所述混合液D中，所述硫酸锌与所述硫酸钠的质量比为1～(5：1)。
[0021]按上述方案，步骤S21中所述电泳工艺包括：铂片作为正极，黄铜、铜、镍、不锈钢或钛微电极作为负极。
[0022]按上述方案，步骤S22中所述恒压沉积法包括：恒压10～60V，沉积时间1～30min。
[0023]按上述方案，步骤S32中所述硫酸锰/硫酸锌/黄原胶凝胶电解液的制备方法包括：将硫酸锰与硫酸锌加入水中，超声搅拌均匀后，加入黄原胶，混合均匀。
[0024]在上述方案基础上，本专利技术第二目的在于提供一种微型电池，采用上述所述的微型电池的制备方法制备。
[0025]在上述方案基础上，本专利技术第三目的在于提供微型电池在监测高速旋转及封闭部件传感器系统上的应用。
[0026]相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0027](1)本专利技术基于微加工工艺制造的微型叉指电极进行电沉积，构筑三维多孔结构，在三维多孔结构表面负载电池活性材料后，与叉指微电极负极匹配，涂覆电解液封装后，得到微型电池；其结构简单，正负极由物理分割，鲁棒性更强，可以应对更强烈的震动、加速等条件。
[0028](2)本专利技术制作的微型电池，具有尺寸小、厚度薄、质量轻，功率密度/能量密度极高，制作简单，易于集成等优点，与小型商用传感器系统集成后，一方面能稳定提供能量输出、另一方面能适应高速旋转及震动环境，展现出商业化应用的潜力。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一些简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例所述微型电池主要工艺流程示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例1所述二氧化锰/3,4
‑
乙烯二氧噻吩聚合物微型电极的扫描电镜图和能谱表征图；
[0032]图3为本专利技术实施例1所述二氧化锰/3,4
‑
乙烯二氧噻吩聚合物微型电极的电化学性能表征结果图；
[0033]图4为本专利技术实施例1所述微型电池的电化学性能表征及应用演示图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例作详细的说明。
[0035]应当说明的是，在本申请实施例的描述中，术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0036]本实施例所述的“在...范围内”包括两端的端值，如“在1至100范围内”，包括1与100两端数值。
[0037]本专利技术实施例提供了一种微型电池的制备方法，包括如下步骤：
[0038]S1、二氧化锰/3,4
‑
乙烯二氧噻吩聚合物微电极的制作
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、二氧化锰/3,4
‑
乙烯二氧噻吩聚合物微电极的制作S11、将硫酸镍与硫酸铵混合，得到混合液A；在所述混合液A中，以金属微型叉指电极作为工作电极，在恒压下采用三电极沉积方法，得到多孔金属微电极；S12、将乙酸锰与3,4
‑
乙烯二氧噻吩混合，得到混合液B，在所述混合液B内，以多孔金属微电极作为工作电极，在恒压下采用电沉积工艺，得到二氧化锰/3,4
‑
乙烯二氧噻吩聚合物微型电极；S2、锌包覆碳纳米管微电极的制作S21、将碳纳米管分散于乙醇溶液中，加入硝酸镁，混合均匀后得到混合液C，在所述混合液C中，将铂片和黄铜微电极分别作为正、负极，在恒压电源下采用电泳工艺，得到叉指微电极；S22、将硫酸锌与硫酸钠混合，得到混合液D，在所述混合液D内，以叉指微电极作为工作电极，采用恒压沉积法，在所述工作电极表面沉积金属锌纳米片，得到锌包覆碳纳米管微电极；S3、微型电池的组装S31、将所述二氧化锰/3,4
‑
乙烯二氧噻吩聚合物微型电极与所述锌包覆碳纳米管微电极分别作为正极、负极，在光学显微镜下进行组装；S32、组装后的电极表面涂覆硫酸锰/硫酸锌/黄原胶凝胶电解液，封装后得到微型电池。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合液A，所述硫酸镍与所述硫酸铵的质量比为1：(1～10)，所述混合液B中，所述乙酸锰与所述3,4
‑
乙烯二氧噻吩的质量比为0.5～(10：1)。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦立强，杨威，叶发枝，游雨乐，徐林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：