【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池领域，特别涉及一种锌空气纤维电池及其制备和应用。
技术介绍
1、随着电子设备技术的不断发展，人们开始着眼于开发更加便捷和先进的可穿戴电子设备。由于可穿戴电子设备需要储能系统为其供电，且可穿戴电子设备往往应用在人体或服装等对器件柔性和轻便性要求较高的场景下，因此人们急需开发一种高比能的柔性储能系统来为其供电。在众多电池系统中，锌空气电池由于使用空气中的氧气作为充放电过程中的正极活性物质，其整体电池质量较轻，从而获得了极高的理论能量密度，可达1086whkg-1，是一种极具发展潜力的高比能电池系统。
2、目前，柔性锌空气电池的主要形式为块状或片装的三明治结构电池和线缆状结构的纤维电池。其中纤维电池结构不仅具有良好的柔性，而且可以很好的集成到衣物或背包等织物系统中，构建一个织物储能系统，从而在柔性电子领域具有良好的应用价值。
3、但是现在传统的锌空气纤维电池面临着一定的技术问题：
4、(1)现有锌空气纤维电池多数采用凝胶电解质作为电解质层，锌金属丝作为负极，在这种结构下，电解质层较为厚重，且与锌金属丝之间的反应面积较小，从而导致纤维电池放电深度较低，电池能量密度极低。(2)目前锌空气纤维电池很难实现连续化的有效制备，难以实现与柔性织物的大规模集成。
5、上述原因极大的约束了锌空气纤维电池在柔性可穿戴储能系统中的实际应用。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种锌空气纤维电池及其制备和应
2、本专利技术提供一种锌空气纤维电池，所述纤维电池依次包括负载活性物质的芯层集流体、隔膜层、催化正极；其中负载活性物质的集流体包括集流体和活性层，所述活性层材料组分包括：锌金属颗粒、电解液、改性剂、聚合物添加剂。
3、进一步地，所述锌空气纤维电池为：在芯层集流体上刷涂锌金属颗粒与电解液、改性剂、聚合物添加剂的混合物，之后对芯层集流体进行加捻操作，然后在其外侧依次卷绕包裹隔膜层和催化正极层。
4、优选地，按质量百分比，活性层材料组分包括：锌金属颗粒10％～80％；电解液8％～50％；改性剂0.1％～20％；聚合物添加剂0.1％～30％。
5、优选地，所述锌金属颗粒的粒径范围0.5μm～200μm。
6、优选地，所述电解液包括氢氧化钠、氢氧化钾、三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锌水溶液中的一种或几种；其中电解液浓度为1mol/l～9mol/l。
7、所述改性剂为金属盐(如醋酸锌、醋酸铟、三氟甲磺酸铟、三氟甲磺酸钴)、金属氧化物(如氧化锌、氧化铟)、氢氧化物(如氢氧化锂)、无机盐(如碘化钾)、金属(如金属铋、金属铟)、有机盐(如十二烷基苯磺酸钠)、有机化合物(如乙二醇)中的一种或几种。
8、进一步地，所述改性剂为氢氧化锂、乙二醇、氧化锌、醋酸锌、醋酸铟、氧化铟、三氟甲磺酸铟、三氟甲磺酸钴、金属铋、金属铟、十二烷基苯磺酸钠、碘化钾中的一种或几种。
9、更优选地，所述添加剂为氧化铟和十二烷基苯磺酸钠，质量比范围为1:10～3:10；或乙二醇、金属铋和十二烷基苯磺酸钠，质量比范围为2:1:1～2:4:1；或氧化锌和碘化钾，质量比范围为1:1～4:1；或醋酸铟和金属铋，质量比范围为1:1～1:3；或金属铟和金属铋，质量比范围为1:1～1:5。
10、优选地，所述聚合物添加剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸、羧甲基纤维素、卡波、海藻酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或几种。
11、优选地，所述芯层集流体材料为碳纤维、导电纱线、不锈钢丝、碳纳米管纤维中的一种或几种；所述集流体材料直径为0.05mm～2mm；
12、优选地，所述催化正极为纤维催化正极；所述纤维催化正极材料为负载催化剂的碳纤维、碳布中的一种；所述催化剂为碳基催化剂；所述锌空气纤维电池长度为5cm～2m；
13、优选地，所述负载活性物质的集流体为加捻的负载活性物质的集流体；所述隔膜层卷绕在负载活性物质的集流体外表面；所述催化正极卷绕在隔膜层外表面。
14、本专利技术提供一种任一所述锌空气纤维电池的制备方法，包括：
15、(1)在芯层集流体的一侧预留负极引出端，然后集流体表面涂覆活性材料，然后加捻，得到纤维电池负极层；
16、(2)将电池隔膜裁剪成隔膜带，将隔膜带与纤维电池负极层固定，控制隔膜带与纤维电池负极层之间的缠绕角度，通过纤维电池负极层匀速转动，使隔膜致密地卷绕在外侧，得到纤维电池隔膜层；
17、(3)将纤维催化正极、纤维电池隔膜层固定，控制纤维催化正极与纤维电池隔膜层之间的缠绕角度，通过纤维电池隔膜层匀速转动，使催化正极卷绕在外侧，得到锌空气纤维电池。
18、优选地，所述步骤(1)中一侧预留负极引出端具体为：一侧预留2～5cm并用胶带保护起来，作为负极引出端。
19、步骤(1)：取设定长度芯层集流体，在一侧预留2～5cm碳纤维并用胶带保护起来，作为负极引出端，将集流体固定在加捻机两端，利用刷子将活性材料混合物均匀涂抹在集流体上，之后利用加捻机进行加捻压实，得到纤维电池负极层。
20、优选地，所述步骤(1)中集流体表面涂覆活性材料的负载量为0.01g/cm～0.09g/cm；所述加捻操作的捻度范围为0.1n/m～10n/m；所述涂覆的方式为刷涂或浸涂。
21、刷涂工艺应控制单位长度集流体上所负载的混合物质量在0.01g/cm～0.09g/cm。
22、步骤(2)：将电池隔膜裁剪成隔膜带，与纤维电池负极层一起固定在加捻机一端，控制隔膜带与纤维电池负极层之间的缠绕角度，利用加捻机带动纤维电池负极层匀速转动，使隔膜致密地卷绕在外侧，得到纤维电池隔膜层。
23、优选地，所述步骤(2)中隔膜带宽度为1mm～5mm；所述隔膜带与纤维电池负极层之间的缠绕角度为20°～80°，缠绕速度为5r/min～800r/min；
24、步骤(3)：将纤维催化正极与纤维电池隔膜层一起固定在加捻机一端，控制纤维催化正极与纤维电池隔膜层之间的缠绕角度，利用加捻机带动纤维电池隔膜层匀速转动，使催化正极致密地卷绕在外侧，得到纤维电池催化正极层。
25、优选地，所述步骤(3)中纤维催化正极与隔膜层之间的缠绕角度为20°～80°，缠绕速度为5r/min～200r/min。
26、所述制备方法制得的锌空气纤维电池长度范围为5cm～2m。
27、本专利技术的一种柔性电池织物，所述柔性电池织物含任一所述锌空气纤维电池。
28、本专利技术的一种任一所述锌空气纤维电池在可穿戴电子领域中的应用，如储能织物。
29、本专利技术提供一种可深度放电的锌空气纤维电池，采用锌金属颗粒与电解液、添加剂的混合物作为负极反应活性物质，不仅极大的提高了纤维电池的放电深度，同时简化了纤维电池的生产工艺，通过简单的浆料涂覆和多层卷绕，即可获得具有高能量密度的锌空气纤维电池。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锌空气纤维电池，其特征在于，所述纤维电池依次包括负载活性物质的集流体、隔膜层、催化正极；其中负载活性物质的集流体包括集流体和活性层，所述活性层材料组分包括：锌金属颗粒、电解液、改性剂、聚合物添加剂。
2.根据权利要求1所述锌空气纤维电池，其特征在于，按质量百分比，活性层材料组分包括：锌金属颗粒10％～80％；电解液8％～50％；改性剂0.1％～20％；聚合物添加剂0.1％～30％。
3.根据权利要求1所述锌空气纤维电池，其特征在于，所述锌金属颗粒的粒径范围0.5μm～200μm；所述电解液包括氢氧化钠、氢氧化钾、三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锌水溶液中的一种或几种；其中电解液浓度为1mol/L～9mol/L。
4.根据权利要求1所述锌空气纤维电池，其特征在于，所述改性剂为金属盐、金属氧化物、氢氧化物、无机盐、金属、有机盐、醇中的一种或几种；
5.根据权利要求1所述锌空气纤维电池，其特征在于，所述集流体材料为碳纤维、导电纱线、不锈钢丝、碳纳米管纤维中的一种或几种；所述集流体材料直径为0.05mm～2mm；
6.一种权
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中集流体表面涂覆活性材料的负载量为0.01g/cm～0.09g/cm；所述加捻的捻度为0.1n/m～10n/m；所述涂覆活性材料的方式为刷涂或浸涂。
8.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中隔膜带宽度为1mm～5mm；
9.一种柔性电池织物，其特征在于，所述柔性电池织物含权利要求1-5任一所述锌空气纤维电池。
10.一种权利要求1-5任一所述锌空气纤维电池在可穿戴电子领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种锌空气纤维电池，其特征在于，所述纤维电池依次包括负载活性物质的集流体、隔膜层、催化正极；其中负载活性物质的集流体包括集流体和活性层，所述活性层材料组分包括：锌金属颗粒、电解液、改性剂、聚合物添加剂。
2.根据权利要求1所述锌空气纤维电池，其特征在于，按质量百分比，活性层材料组分包括：锌金属颗粒10％～80％；电解液8％～50％；改性剂0.1％～20％；聚合物添加剂0.1％～30％。
3.根据权利要求1所述锌空气纤维电池，其特征在于，所述锌金属颗粒的粒径范围0.5μm～200μm；所述电解液包括氢氧化钠、氢氧化钾、三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锌水溶液中的一种或几种；其中电解液浓度为1mol/l～9mol/l。
4.根据权利要求1所述锌空气纤维电池，其特征在于，所述改性剂为金属盐、金属氧化物、氢氧化物、无机盐、金属、有机盐、醇中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李克睿，刘昱辰，王宏志，侯成义，李耀刚，张青红，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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