[发明专利]一种可伸缩纤维状准固态水系锂离子电池的制备方法

说明书

一种可伸缩纤维状准固态水系锂离子电池的制备方法，属于锂离子电池技术领域，所述方法为：将金属丝加捻得到金属加捻丝；分别将金属加捻丝与聚合物纤维线直接编织得到复合绳；以弹性体为轴，金属加捻丝与聚合物纤维线编织得到包覆结构绳状弹性复合绳；将正极浆料负载在弹性复合绳表面得到弹性复合绳‑正极材料组合体；将其装入模具注入水凝胶预聚液引发成型得到弹性复合绳‑正极材料‑水凝胶组合体；将所述绳状编织线负载负极浆料干燥得到复合绳‑负极材料组合体；将复合绳‑负极材料组合体编织在预伸长弹性复合绳‑正极材料‑水凝胶组合体表面，装入套管并封装。该电池尺寸在毫米量级，具有良好的柔性同时具备可伸缩能力，制作成本较低。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种可伸缩纤维状准固态水系锂离子电池的制备方法。

背景技术

许多小型便携式电子设备例如手机、智能手表、智能眼镜、蓝牙耳机以及便携传感器、心脏起搏器等小型穿戴、植入设备由于其适用环境的特殊性，需要进一步为人体所适应，多为灵活且柔软的结构，对于其供能部件同样需要满足柔软、灵活的要求以适应环境的变化。对于可穿戴设备，需要有可靠的安全性，减少对人体的不良影响。因此，其供能设备必须具有足够的安全性，如不漏液、毒性低、不易燃等特点。目前柔性储能器件主要有柔性超级电容器与柔性电池两种，柔性超级电容器尽管具有循环稳定性好、快速充电、功率密度大等特性，但其不具备明显的工作电压平台，能量密度低，无法为需要特定电压区间的电子器件所用；柔性锂离子电池具有明显的电压工作平台，可为储能器件长时间供电，但相比传统的硬壳电池以及聚合物软包电池，其仍存在能量密度低的问题。柔性电池主要有平面(层状)结构、纤维状结构，目前主要以层状结构居多，其制备工艺较为简单，即分别制备集流体、正负两电极、电解质/隔膜，将其堆叠形成。该类电池主要具备弯曲、扭转的功能，可实现较大的容量负载，但对于该类型电池，较薄的电池柔韧性较好，但存在反复弯折下电极材料掉落导致的容量损失；对于较厚的层状柔性电池，在较厚一侧的柔韧性欠佳，这对于实际应用于柔性可穿戴设备降低了一定的舒适性。纤维状电池在弯曲、扭转的基础上，还可实现打结等柔性功能，如绳一样柔软，其小体积化使得舒适性大为增加。此外，一维的纤维状锂离子电池可编织为二维织物结构，进一步拓展了使用场景。但纤维状电池制备较为困难，且容量较低，在采用较便捷的方法实现低成本制备较高容量的纤维状锂离子电池仍是目前仍在研究的目标。

一维的纤维状锂离子电池由于其结构特殊性，需要对其每一部件进行设计，包括正负集流体、所负载的电极活性材料、电解质/隔膜以及封装材料。目前设计的纤维状电池大多以碳纳米管材料作为集流体，通过有粘结剂或无粘结剂的方式负载电极活性材料。碳纳米管材料的大量使用增加了制备成本，目前尚没有采用低成本原料实现稳定结构可大规模制备且安全性能高的可伸缩纤维状锂离子电池。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前纤维状锂离子电池制备成本高、安全性差、不可伸缩的问题，提供一种可伸缩纤维状准固态水系锂离子电池的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种可伸缩纤维状准固态水系锂离子电池的制备方法，所述方法为：

步骤一：将多股金属丝加捻得到金属加捻丝；

步骤二：将金属加捻丝与聚合物纤维线编织得到复合绳作为负极集流体；将金属加捻丝与聚合物纤维线在弹性体表面编织得到弹性复合绳作为正极集流体；

步骤三：负极集流体负载负极浆料干燥得到复合绳-负极材料组合体；

步骤四：正极集流体负载正极浆料干燥得到弹性复合绳-正极材料组合体，装入模具表面注入水凝胶预聚液引发聚合得到弹性复合绳-正极材料-水凝胶组合体；

步骤五：将弹性复合绳-正极材料-水凝胶组合体预伸长后在外编织复合绳-负极材料组合体包覆得到电池组合体；

步骤六：将电池组合体装入套管，两端封装即可。