一种自支撑柔性正极、准固态柔性锌离子电池及制备方法技术

本发明专利技术提供一种自支撑柔性正极、准固态柔性锌离子电池及制备方法，自支撑柔性正极包括柔性支架和分布在所述柔性支架上的活性材料，所述柔性支架由粘结剂和导电剂组成，所述粘结剂为乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑柔性正极、准固态柔性锌离子电池及制备方法


[0001]本专利技术涉及储能电池
，具体而言，涉及一种自支撑柔性正极、准固态柔性锌离子电池及制备方法。

技术介绍

[0002]随着可穿戴电子产品的蓬勃发展，为了满足可穿戴电子产品日益增长的要求，柔性电池作为可穿戴电子产品不可或缺的组成部分，受到了人们的广泛关注。其中柔性锌离子电池(ZIBs)具有高安全性、高容量、低成本和长使用寿命等优点，被认为在可穿戴电子产品中具有很好的应用前景。
[0003]现有技术中，柔性锌离子电池的正极材料制备工艺是将浆料涂覆在集流体上，正极在反复弯折过程中，由于应力集中，集流体容易产生开裂现象，并且活性材料也容易与集流体分开，因此现有的正极材料在柔性可穿戴电子设备的实际应用中受到极大的限制。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是如何改善柔性锌离子电池正极材料的机械性能，使其适用于柔性可穿戴设备。
[0005]为解决上述问题，本专利技术第一方面提供一种自支撑柔性正极，包括柔性支架和分布在所述柔性支架上的活性材料，所述柔性支架由粘结剂和导电剂组成，所述粘结剂为乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯，所述活性材料为具有纳米线状结构的Na2V6O
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·
nH2O(NVO)粉末。
[0006]本专利技术自支撑柔性正极以粘结剂和导电剂构成柔性支架，不需要集流体，使正极具有优异机械性能；粘结剂中的亚甲基和甲基赋予其强烈的疏水性，所制备的正极材料表现出良好的耐水/空气腐蚀性能；活性材料的添加使正极具有高比容量、高循环性能，电化学性能十分优异；NVO粉末可以匹配水系锌离子电池柔性负极，具有比较稳定的电化学性能，且容易制备。
[0007]进一步地，所述导电剂选自碳纳米管、炭黑、乙炔黑中的任意一种。所用导电剂具有优异的导电性能，满足可穿戴电子产品的需要。
[0008]本专利技术第二方面提供上述自支撑柔性正极的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将适量粘结剂加热溶解到溶剂中形成前驱液；
[0010]S2、在前驱液中加入导电剂以及活性材料，经过常温搅拌和超声分散均匀形成悬浊液；
[0011]S3、将悬浊液浇筑到模具中，置于通风处常温干燥，脱模得到自支撑柔性正极。
[0012]进一步地，所述溶剂选自四氢呋喃、甲醇、间二甲苯中的任意一种。
[0013]进一步地，所述步骤S1中，加热温度为70
‑
80℃，溶解时间为5
‑
10min。
[0014]进一步地，所述步骤S2中，常温搅拌时间为18
‑
24h，超声分散时间为1
‑
3h。
[0015]进一步地，所述步骤S3中，干燥时间为4
‑
8h。
[0016]自支撑柔性正极采用模具浇筑法制备，工艺步骤简单，条件温和，模具可重复利用，适于进行大规模工业生产。
[0017]本专利技术第三方面提供一种准固态柔性锌离子电池，由上述的自支撑柔性正极、柔性锌粉负极和水凝胶电解质组装而成。
[0018]进一步地，所述柔性锌粉负极是由锌粉、粘结剂和导电剂配置浆料，通过模具浇筑法制备而成。
[0019]进一步地，所述水凝胶电解质由三氟甲磺酸锌和聚乙烯醇混合而成。该水凝胶电解质能与正负极匹配，三氟甲磺酸锌可以提供Zn
+
参与反应，聚乙烯醇可以使电解质增加粘度，使其固化且使得准固态电解质具有柔性。
[0020]该准固态柔性锌离子电池整体具有优异的机械柔韧性、高比容量和高循环性能，在柔性可穿戴设备领域具有广阔的应用空间。
[0021]综上所述，本专利技术相对于现有技术具有以下优点：
[0022](1)本专利技术的自支撑柔性正极不需要集流体，由粘结剂和导电剂组成的柔性支架具有疏松多孔的微观结构，赋予其优异的机械柔韧性，可以极大限度的缓解应力集中，即使经过反复弯折的情况下也能保持其初始状态。
[0023](2)粘结剂具有亚甲基和甲基，赋予柔性支架强烈的疏水性，所制备的自支撑柔性正极表现出良好的耐水/空气腐蚀性能。
[0024](3)采用模具浇筑法制备自支撑柔性正极，活性材料均匀分布在柔性支架上，两者不会发生脱离，保证自支撑柔性正极制备的电池具有优异的电化学性能。
[0025](4)自支撑柔性正极可以与柔性锌粉负极、水凝胶电解质组装成具有优异的机械柔韧性的准固态柔性锌离子电池，该电池即使在严重变形的情况下也能提供稳定的电源，其在柔性可穿戴设备领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例2制备的自支撑柔性正极电极的实物图；
[0027]图2为本专利技术实施例1制备的自支撑柔性正极电极的扫描电镜图；
[0028]图3为本专利技术实施例4制备的纽扣式全电池的电化学循环测试图；
[0029]图4为本专利技术实施例5制备的柔性准固态锌离子电池在不同弯曲状态下的供电效果实验实物图。
具体实施方式
[0030]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做详细的说明。需要说明的是，以下各实施例仅用于说明本专利技术的实施方法和典型参数，而不用于限定本专利技术所述的参数范围，由此引申出的合理变化，仍处于本专利技术权利要求的保护范围内。
[0031]需要说明的是，在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0032]本专利技术的具体实施方式提供一种自支撑柔性正极及其制备方法，该自支撑柔性正极包括柔性支架，柔性支架由粘结剂和导电剂组成，具有优异的机械柔韧性；柔性支架上均匀分布有活性材料，用于提高自支撑柔性正极的循环性能。
[0033]具体实施例中，粘结剂为乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，活性材料为具有纳米线状结构的Na2V6O
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nH2O(NVO)粉末，导电剂为碳纳米管(CNT)、炭黑、乙炔黑等。
[0034]自支撑柔性正极的制备流程如下：
[0035]S1、将适量粘结剂加热溶解到溶剂中形成前驱液，溶剂为四氢呋喃、甲醇、间二甲苯等。加热温度为70
‑
80℃，溶解时间为5
‑
10min。
[0036]S2、在前驱液中加入导电剂以及活性材料，经过常温搅拌和超声分散均匀形成悬浊液。搅拌时间为18
‑
24h，超声分散时间为1
‑
3h。其中活性材料NVO粉末由V2O5和NaOH利用水热法制备合成。
[0037]S3、将悬浊液浇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑柔性正极，其特征在于，包括柔性支架和分布在所述柔性支架上的活性材料，所述柔性支架由粘结剂和导电剂组成，所述粘结剂为乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯，所述活性材料为具有纳米线状结构的Na2V6O
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nH2O粉末。2.根据权利要求1所述的自支撑柔性正极，其特征在于，所述导电剂选自碳纳米管、炭黑、乙炔黑中的任意一种。3.一种如权利要求1或2所述的自支撑柔性正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将适量粘结剂加热溶解到溶剂中形成前驱液；S2、在前驱液中加入导电剂以及活性材料，经过常温搅拌和超声分散均匀形成悬浊液；S3、将悬浊液浇筑到模具中，置于通风处常温干燥，脱模得到自支撑柔性正极。4.根据权利要求3所述的自支撑柔性正极的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自四氢呋喃、甲醇、间二甲苯中的任意一种。5.根据权利要求4所述的自支撑柔性正...

【专利技术属性】
技术研发人员：官操，马菲，赵欣，卜凡，蒲洁，
申请(专利权)人：西北工业大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：