[发明专利]一种纤维状锂空电池及其制备方法

说明书

本发明属于新能源技术领域，具体为一种纤维状锂空电池及其制备方法。该纤维状锂空电池由锂金属丝、凝胶电解液、碳纳米管空气电极以及带孔热缩管保护层以同轴结构组成。本发明制备的纤维状锂空电池可以直接在空气中工作，具有超高的能量密度、较好的循环稳定性以及很好的柔性，例如，在空气中的完全放电比容量能够达到12470 mAh/g，并且能以500 mAh/g的放电深度稳定充放电循环100次，在不同程度的弯曲下都能维持稳定的电化学性能。由于其独特的纤维构型，可以单独编织成织物，也可以和纺织品混合编织，在可穿戴电子领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种纤维状锂空电池及其制备方法。

背景技术

锂空电池由于其超高的能量密度而成为目前备受关注的能量储存体系之一[1-2]。然而，目前发展的锂空电池还存在很多的不足[3-5]。（1）、锂空电池直接使用空气中的氧气作为反应原料，但是空气中的水、二氧化碳等会和锂金属反应，使得其性能显著下降。目前文献报道的锂空电池通常是在干燥的纯氧中进行测试的，严格来讲它们应该叫做锂氧电池；（2）、有机电解液在使用过程中会不断挥发；（3）、在充放电过程中，金属锂会发生枝晶的生长，生长到一定程度就会刺破电池隔膜发生短路；（4）锂空电池通常是块状笨重的，难以进一步的应用到可穿戴电子设备上。

为了解决上述问题，Zhou等制备了多种凝胶电解液来阻隔空气和锂金属的反应，同时也有效的减缓了电解液的挥发以及抑制了锂金属枝晶的生长[6-7]。但是其制备的凝胶电解液离子迁移率较低，并且整个电池体系仍然是块状笨重的，难以满足可穿戴的需求。Zhang等报道了一种柔性的平面状锂氧电池[8]，展现了较好的柔性，有效的克服了传统锂空电池块状不可弯曲的缺点，但是该电池只能在纯氧中进行工作，并且其平面状的构型在可穿戴领域中仍然受到限制。因此，发展一种直接在空气中工作，并且具有很好柔性的锂空电池成为了目前研究者不断追求的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维状锂空电池及其制备方法，以克服目前锂空电池存在的问题。

本发明提供的纤维状锂空电池，其具体制备步骤如下：

（1）将连有细铜丝集流体的锂金属丝全部浸入到凝胶电解液前驱体溶液中，然后取出；

（2）紫外光照5-20 s，使凝胶电解液前驱体固化；

（3）重复上述步骤（1）、（2）2-5次，至锂金属丝被凝胶电解液完全包覆；

（4）在经步骤（3）处理的锂金属丝上缠绕碳纳米管空气电极；

（5）再在外面套一层带孔的热缩管，作为保护层。

本发明中，所述凝胶电解液前驱体的具体制备步骤如下：

（1）将聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)加入到N-甲基吡咯烷酮中，两者的质量比为（0.1-1）：1，充分搅拌得到溶液A；

（2）将锂盐加入到有机溶剂中，两者的质量比为（0.05-1）：1，充分搅拌得到溶液B；

（3）将2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮加入到乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中，两者的质量比为（0.001-0.01）：1，充分搅拌得到溶液C；

（4）将溶液A、溶液B和溶液C以质量比为（0.5-2）：（0.5-2）：1的比例混合，充分搅拌得到凝胶电解液前驱体。

本发明中，凝胶电解液前驱体制备过程中，所述锂盐为六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、二（三氟甲磺酸）亚胺锂中的一种或几种混合；所述有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二甲氧乙烷、四乙二醇二甲醚中的一种或几种混合。