[发明专利]一种纤维状空气电池

说明书

本发明公开了一种纤维状空气电池，属于材料技术领域。本发明以锌粉、聚偏氟乙烯、醋酸锌、聚四氟乙烯改性的聚偏氟乙烯、碳粉等为成纤材料，通过溶液纺丝、流延涂覆等方法得到纤维状空气电池。本发明的纤维状空气电池，同时兼具有柔韧性好、电量高、可反复充放电等性能，可以用于可穿戴电子设备的供电。

技术领域

本发明涉及一种纤维状空气电池的结构及制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

随着矿物能源的枯竭以及使用带来的巨大污染，我国在矿物能源和环境保护方面的压力日益严重。为了替代石油、煤炭等高污染能源，发展化学储能电池是当务之急。

另一方面，不论是智能手机还是可穿戴设备，续航能力一直被人们所诟病。目前已经不断产生各种新技术来解决移动设备的续航问题，石墨烯电池、太阳能充电电池等。就是其中最受瞩目的柔性电池，柔性电池以其优越的性能和可折叠性而被人们所看好，各大科技巨擘和科研机构也在推广柔性电池的技术上不断地求索。例如，据外媒NPU报道，诺基亚最近开发了一种“石墨烯自充电光子电池”的专利，这意味着未来的设备或将具有自发电功能。三星在2014韩国电池展览会上展示了可卷曲柔性电池。特别的，苹果公司公开的柔性电池组包含了原电池或光伏电池组等多组件结构。此电池组也可能包括多个多层结构的耦合组件。上下层膜片可能会被黏合剂粘连以求使每个组件独立起来。这种结构使得电子设备的电池能够改变形状以适应实际需要。此结构还允许将一个或几个组件有选择性的从电池组中移除。

但是以上公司的改进技术仅仅能够获得薄膜状的柔性电池，而无法将电池与织物通过织造方式与智能可穿戴服装结合，不能很好的实现工业化应用，因此，提供一种与织物通过织造方式与智能可穿戴服装结合的电池是亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种纤维状空气电池。该纤维状的离子电池，不仅仅能够满足对电池柔性的需求，而且能够通过增加纤维长度而达到扩容电池容量的目的。

本发明的第一个目的是提供一种纤维状空气电池，是所述纤维状空气电池是将金属材料及溶液纺丝材料通过溶液纺丝方法成型构成阳极纤维；而后采用含有相应阳极金属材料离子的固态电解质包覆在阳极表面构成电解质层；在电解质层外表面使用石墨烯、多孔石墨或者碳纤维作为阴极；最后通过塑料包封得到纤维状空气电池。

在本发明的一种实施方式中，所述阳极金属材料为锂粉、镁粉或锌粉。

在本发明的一种实施方式中，所述阳极金属材料为锌粉。

在本发明的一种实施方式中，所述溶液纺丝材料是由成纤材料、锌粉和导电碳粉组成，所述成纤材料为聚丙烯腈(PAN)粉体。

在本发明的一种实施方式中，所述锌粉的质量分数为60％-70％，碳粉的质量分数为5％-10％，PAN的质量分数为20-35％。

在本发明的一种实施方式中，所述阳极纤维的直径为0.5-1.0mm。

在本发明的一种实施方式中，所述电解质为经聚四氟乙烯(PTFE)改性后的PVDF凝胶聚合物，其中加入醋酸锌作为离子供体。

在本发明的一种实施方式中，所述电解质层的厚度为0.5-1.5mm。

在本发明的一种实施方式中，所述阴极是由为石墨烯以及粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)组成。

本发明的第二个目的是提供一种纤维状空气电池的制备方法，所述方法具体步骤如下：

(1)配制溶液纺丝材料：在二甲亚砜中以一定浓度加入入PAN粉体、锌粉和导电碳粉。

(2)阳极纤维成型：采用计量泵挤出进行纺丝，并以水作为凝固浴对制得纤维进行冷却和凝固，采用转筒收集阳极纤维。