[发明专利]一种柔性可折叠全有机二次电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种柔性可折叠全有机二次电池的制备方法。

背景技术

目前，可穿戴电子设备是当前电子器件发展热点之一，制约可穿戴设备快速发展的关键技术将是与之匹配的电源组件。市面上已经出现了数百款各种各样的可穿戴设备，但是可穿戴电源技术的突破性发展不多。基于人类身体构造的原因，可穿戴电源如何更好的贴合人类肢体是亟待解决的问题，而电源系统的薄膜柔性化成为解决这一问题的出路。

当前用于满足可穿戴电子设备的主要薄膜电源是薄膜锂离子电池，但是这种电池只是传统锂离子电池的薄膜化，正负极组成等关键部分以及储能机理都与传统商业锂二次电池完全相同。受限于锂离子电池的基本构造和主要材料性质，薄膜锂离子电池无法满足长期、随机、大幅度的折叠与弯曲使用，尤其是具有衣物一样的使用性质。而且现有的薄膜锂离子电池，由于采用有机体系电解液或是过渡金属电极材料，对人体有一定的毒害性能，如果一旦漏液，就会对人体的健康产生威胁。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种柔性可折叠全有机二次电池的制备方法。

本发明的目的是提供一种具有能够满足与人体贴合舒适要求特性，以及一些特殊场合需求可随机大幅度折叠弯曲使用等特点的柔性可折叠全有机二次电池的制备方法。

全有机聚合物薄膜柔性二次电池，为未来实现柔性薄膜电池的可折叠功能提供一个很有前景的解决方案，因为聚合物具有很好的塑性，能够成膜、成丝还可纺织成布。全有机聚合物二次电池，它的正极材料，负极材料以及电解质三大部分均采用有机聚合物材质而组装成的电池。

全有机聚合物薄膜柔性二次电池制备过程：

1、负极材料及薄膜的制备：

采用聚酰亚胺类的材料为主体，通过调节亚胺上的拉电子和给电子官能团来得到合适的工作电压，并采用非活性主链官能团来调节聚酰亚胺或聚合物中间体在常规溶剂中的溶解性能，以此来与导电碳复合成膜。

2、正极材料及薄膜的制备：

由于现有可用于负极材料的聚合物都是以羰基为反应官能团的材料，处于完全充电态。因此，为了方便电池的设计与组装，正极聚合物材料的选择就需要找一种完全放电态的聚合物。除此以外，聚合物还需要易于合成与保存，并且在与碳材料复合的情况下，也能够成膜并保持氧化还原性能。基于此，本发明选取了二茂铁硅烷聚合物为正极材料。

3、聚合物凝胶电解质制备

由于正负极需要黏合在一起，因此采用一种具有粘性的水系聚合物用做凝胶电解质，起到传导离子和黏合的作用。

4、将得到的正负极材料薄膜与凝胶电解质组装成电池。

本发明柔性可折叠全有机二次电池的制备方法所采取的技术方案是：

一种柔性可折叠全有机二次电池的制备方法，其特点是：柔性可折叠全有机二次电池的正极材料、负极材料以及电解质均采用有机聚合物材质，其制备过程包括以下步骤：

1)负极材料及薄膜的制备：

萘四甲酸酐和4,4’-二胺基二苯醚按摩尔比1:0.5-10的比例加入NMP溶液中，按理论目标产物5-20％的质量比加入石墨烯导电剂，在氩气氛围下回流反应1-12小时，得到目标产物的溶液，将溶液形成薄膜，蒸发溶剂，然后在N₂气氛中200-350℃温度下反应得到负极材料薄膜；

2)正极材料及薄膜的制备：

二茂铁、四甲基乙二胺和正丁基锂按摩尔比(1-5):(1-5):(1-15)放入Schlenk反应瓶中，加入石油醚，搅拌反应1-72h，得到黄色的二茂铁二锂盐沉淀；在无水无氧的条件下将沉淀用溶剂清洗，加入石油醚，置于-5℃至-25℃的冰盐水浴中；然后滴加氢甲基二氯硅烷，温度升到室温；混合液搅拌2-48h过滤除去盐，滤液移除溶剂，得到的橘红色的固体在100-200℃下热聚合反应1-10h；用四氢呋喃溶解溶剂和甲醇溶剂提纯沉淀，得到橘黄色纤维固体化合物；然后用四氢呋喃溶解橘黄色纤维固体化合物，将溶液制膜，室温下移除溶剂得到正极材料薄膜；

3)聚合物凝胶电解质制备：

采用聚乙烯吡咯烷酮为电解质的聚合物，1-6M NaCl/H₂O液体，按照质量比1:0.5-50的比例将溶液与聚合物混合；

4)电池组装：

将得到的正极材料薄膜、负极材料薄膜与聚合物凝胶电解质组装成电池。

本发明柔性可折叠全有机二次电池的制备方法还可以采用如下技术方案：