一种碳纤维基柔性纱线电池的制备方法

本发明属于柔性电池，具体涉及一种碳纤维基柔性纱线电池的制备方法、碳纤维基柔性纱线电池及其应用。

背景技术：

1、基于可穿戴电子产品日益增长的需求，柔性储能设备受到越来越多的关注。纱线状的储能设备显示出独特的一维结构，具有可机械编织性、高灵活性、良好的可穿戴性和与传统纺织工业兼容性。传统的纱线电池大部分为平行和扭曲结构，前者体积太大，无法大规模集成。而后者由两个扭曲的纤维电极组成，在弯曲过程中，两个扭曲的纤维电极很容易分离，导致电化学性能稳定性差，并且都需要隔膜来避免正负极之间的电路短路，阻碍了纱线状的柔性电池的发展和应用。

2、目前，固态柔性纱线电池的制备过程工艺复杂，难以控制，难以连续一体化生产，并且当柔性电池反复机械形变时，容易出现裂痕，严重的甚至断裂。专利cn115020796a中将正极纱线和负极纱线并行排列，使用封装材料进行封装，然后使用固态电解质填充封装材料中的空余空间，虽然得到了柔性纱线状电池，但是其平行结构在机械形变的过程中易发生短路，且组装工艺较复杂，难以实现一体化生产。因此，亟需一种工艺方法，不仅可以保持柔性纱线电池特殊的一维结构，而且还具有良好的机械性能不易发生短路，同时保证连续一体化生产的可操作性以及稳定性。

3、有鉴于此，特提出此发明。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种碳纤维基柔性纱线电池的制备方法，能够解决柔性纱线电池机械性能较差、易发生短路以及难以连续一体化制备的问题。

2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种碳纤维基柔性纱线电池的制备方法，包括以下步骤：

4、碳纤维预处理，正极活性材料的上浆，电解质上浆，电池组装，电解液的浸泡，电池封装，得到所述碳纤维基柔性纱线电池；

5、其中，所述碳纤维预处理包括以下步骤：

6、从碳纤维卷中抽出头端，依次通过不同浆槽、干燥机，得到预处理后的碳纤维；

7、所述正极活性物质的上浆包括以下步骤：

8、预处理后的碳纤维依次通过正极活性物质浆槽、干燥机，完成正极活性物质的上浆；

9、所述电解质的上浆包括以下步骤：

10、预处理、正极活性物质上浆后继续依次通过电解质浆槽、干燥机，完成电解质的上浆；

11、所述电池组装包括以下步骤：

12、以上述步骤处理好的碳纤维为芯线，负极锌丝为包覆线，通过编织机编织，完成电池的组装；

13、所述电解液的浸泡包括以下步骤：

14、将编织好的电池依次通过干燥机、电解液浆槽，完成电解液的浸泡；

15、所述电池封装包括以下步骤：

16、浸泡后继续通过热熔胶浆槽、干燥机，完成电池的封装。

17、进一步的，所述碳纤维预处理中，不同浆槽依次为一次清洗槽，清洗溶剂包括但不仅限于丙酮、盐酸、乙醇中的一种或几种，然后通过装有去离子水的超声槽，以及装有去离子水的二次清洗槽。

18、进一步的，所述正极活性材料包括但不仅限于锰氧化物、钒氧化物和普鲁士蓝材料类似物中的一种或几种、将其与炭黑、pvdf按1∶0.1～0.3∶0.1～0.3的比例混合，得到正极活性材料浆料。

19、进一步的，所述电解质浆料的配制为去离子水中加入5～10g/l羧甲基纤维素，在40～80℃水浴锅中加热后剧烈搅拌30～60min，加入50～100g/l丙烯酰胺以及交联剂和引发剂继续搅拌1～2h，放入超声粉碎机中超声30～90min后静置6～12h，得到电解质浆料；

20、进一步优选的，所述电解质上浆采用双浸双压的上浆机理。

21、进一步的，所述电池组装，采用纺织用编织机进行编织；

22、进一步优选的，所述编织速度为1～2m/min；

23、进一步优选的，所述负极锌丝包覆线为6～12根。

24、进一步的，所述热熔胶包括但不仅限于硅树脂、聚氨酯、共聚酯、聚烯烃中的一种或几种；

25、进一步优选的，所述封装材料采用硅树脂作为热熔胶浆料。

26、第二方面，本发明提供了一种碳纤维基柔性纱线电池，是由上述任一项所述的制备方法制备得到的。

27、第三方面，本发明提供了一种碳纤维基柔性纱线电池在可穿戴电子器件中的应用。

28、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

29、本发明提供的碳纤维基柔性纱线电池的制备方法，包括碳纤维预处理、正极活性材料的上浆、电解质上浆、电池组装、电解液的浸泡、电池封装几大步骤，其中，电解质上浆步骤既能增强纤维电极的机械性能，且上浆工艺使电解质包覆纤维电极，避免短路；电池组装步骤使柔性纱线电池具有特殊的编织结构，增强灵活性以及稳定性。本发明的制备方法解决了柔性纱线电池机械性能较差、易发生短路以及难以连续一体化制备的问题。

技术特征：

1.一种碳纤维基柔性纱线电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述碳纤维预处理，其特征在于，所述不同浆槽依次为一次清洗槽，清洗溶剂包括但不仅限于丙酮、盐酸、乙醇中的一种或几种，然后通过装有去离子水的超声槽，以及装有去离子水的二次清洗槽。

3.根据权利要求1所述正极活性物质的上浆，其特征在于，正极活性材料包括但不仅限于锰氧化物、钒氧化物和普鲁士蓝材料类似物中的一种或几种、将其与炭黑、pvdf按1∶0.1～0.3∶0.1～0.3的比例混合，得到正极活性材料浆料。

4.根据权利要求1所述电解质上浆，其特征在于，电解质浆料的配制为去离子水中加入5～10g/l羧甲基纤维素，在40～80℃水浴锅中加热后剧烈搅拌30～60min，加入50～100g/l丙烯酰胺以及交联剂和引发剂继续搅拌1～2h，放入超声粉碎机中超声30～90min后静置6～12h，得到电解质浆料；

5.根据权利要求1所述电池组装，其特征在于，采用纺织用编织机进行编织；

6.根据权利要求1所述电池的封装，其特征在于，所述热熔胶包括但不仅限于硅树脂、聚氨酯、共聚酯、聚烯烃中的一种或几种；

技术总结
本发明提供了一种碳纤维基柔性纱线电池的制备方法及碳纤维基柔性纱线电池、应用，涉及柔性电池的技术领域，本发明的碳纤维基柔性纱线电池的制备方法包括以下步骤：碳纤维预处理，正极活性材料的上浆，电解质上浆，电池组装，电解液的浸泡，电池封装，得到所述碳纤维基柔性纱线电池。本发明的制备方法解决了柔性纱线电池机械性能较差、易发生短路以及难以连续一体化制备的技术问题，达到了在保证柔性纱线电池特殊的一维结构、良好的机械性能与电化学性能的同时，与纺织工业相结合，实现柔性纱线电池快速、稳定的制备。

技术研发人员：陈磊,胡开瑞,郑凯,方舟,卢小杰,韩旭
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24