[发明专利]一种柔性钠空气纤维电池及其制备方法

说明书

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种柔性钠空气纤维电池及其制备方法，柔性钠空气纤维电池，由内到外依次包括：钠负极、碳纳米管薄膜保护层、凝胶电解质、碳纳米管空气电极、石蜡膜、热缩管保护层；所述钠负极、碳纳米管薄膜保护层、凝胶电解质、碳纳米管空气电极、石蜡膜、热缩管以同轴结构组成；以解决目前钠空气电池存在的无法在空气中长期稳定循环及刚性等问题。本发明制备的可在空气中长期稳定工作的柔性钠空气纤维电池，由钠负极、碳纳米管薄膜保护层、凝胶电解质，碳纳米管空气正极以及石蜡膜、带孔的热缩管保护层以同轴结构组成，本发明制备的钠空气纤维电池具有较高的能量密度、良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种柔性钠空气纤维电池及其制备方法。

背景技术

随着柔性电子器件的发展，对储能器件提高了更高的要求，需兼具高能量密度和机械柔性的特点。金属空气电池由于能量密度高、环境友好、成本低廉而受到了广泛的研究。其中，钠空气电池的理论能量密度高达1605瓦时/千克，是市售锂离子电池的5倍，并且钠在地壳中的储量远高于锂，因此钠空气电池最有望取代锂电池成为新一代电池。但目前的钠空气电池由于钠负极十分活泼，对空气中的水汽敏感，不能在空气中长期稳定循环。并且大部分报道的钠空气电池是刚性不可弯曲的，难以满足可穿戴的需求。为提高钠空气电池的循环性能和柔性，一些研究报道通过设计合成柔性的疏水凝胶电解质，使得电池性能有所提高。如陈军等报道了一种平面状钠氧电池，通过设计一种疏水的凝胶电解质，有效地保护了活泼的钠金属负极，增强了电池的循环寿命；并且显示出较好的柔性，克服了传统的块状钠空气电池坚硬不可弯曲的缺点。但是该电池只能在纯氧中工作，条件苛刻，并且平面状的构型在可穿戴领域仍受到限制。

发明内容

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，而不超出本发明的构思与保护范围。

为了解决上述的技术问题，本发明的第一个方面提供了一种柔性钠空气纤维电池，由内到外依次包括：钠负极、碳纳米管薄膜保护层、凝胶电解质、碳纳米管空气电极、石蜡膜、热缩管保护层；所述钠负极、碳纳米管薄膜保护层、凝胶电解质、碳纳米管空气电极、石蜡膜、热缩管以同轴结构组成。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述碳纳米管薄膜保护层通过浮动化学气相沉积法制备得到。

本发明的第二个方面提供了一种所述的柔性钠空气纤维电池的制备方法，步骤包括：

(1)将镍丝穿过钠金属，得到钠负极，在钠金属表面包裹碳纳米管薄膜保护层，得到钠/碳纳米管负极；

(2)将包裹碳纳米管薄膜保护层的钠负极浸入到凝胶电解液前驱体溶液中，然后取出，紫外光照；

(3)重复步骤(2)若干次，得到包有凝胶电解质的钠/碳纳米管负极；

(4)将包有凝胶电解质的钠/碳纳米管负极缠绕碳纳米管空气电极，得到钠空气纤维电池；

(5)在钠空气纤维电池表面依次包裹石蜡膜、热缩管。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述镍丝横截直径为0.1-5mm。

作为一种优选的技术方案，本发明中步骤(2)中所述的紫外光照时间为10-60秒。

作为一种优选的技术方案，本发明中步骤(2)中所述凝胶电解液前驱体溶液的制备步骤至少包括：

步骤S1: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；

步骤S2:将钠盐加入到有机溶剂中，两者的质量比为(0.1-1):1，充分搅拌得到溶液B；

步骤S3: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；