CN109037791A - 一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池及其制备方法 - Google Patents

一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池制备方法，涉及一种柔性双功能且可编织的高能量密度电池，该电池以毫米级的碳纳米管纤维作为中芯起到基体和导线功能、以柔性碳纳米管宏观膜为集流体承载正负极材料，该种电池具有作为导线和储能电池的双用功能，容易对其进行编织，且可只通过电池的一端实现与用电器的直接连接，具有高达215 mWh cm‑3以上的体积能量密度。所述电池主体由内到外包括碳纳米管纤维、绝缘层、正极片层、隔膜、负极片层、外绝缘层。本发明提供的柔性双功能且可编织的高能量密度电池能有效解决线性电池形状的任意改变及与用电器的连接，且能量密度大幅提高，可用于目前主流的可穿戴电子设备。

Description

一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种柔性双功能且可编织的高能量密度电池及其制备方法。该电池具有高能量密度的同时且可编织穿戴、具有导线功能，方便使用。
研究背景
随着高新技术的快速发展，人们对于互联网的要求也越来越高，互联网技术已成为现代生活不可缺少的一部分；同时移动便携式电子设备与可穿戴智能电子设备给人们带来了很大的方便，如变形电路、柔性显示屏、传感器、电子感应皮肤等；与其同时，随着便携式与可穿戴电子设备形状的***，所对应的储能***也有了越来越高的要求，像续航时间，电池形状及具有可弯曲等性能。目前所使用的二次锂离子电池都是利用铝箔和铜箔作为电池集流体限制了其性能发挥；为了满足这些微型电子设备的大力发展，科学家们做了大量研究，已报道了具有能够弯曲、缠绕的电缆线式锂离子电池***，像Y. H. Kwon等在《Advanced Materials》2012年第24卷5192-5197页的《Cable-tTypeflexible lithium ionbattery based on hollow multi-helix electrodes》一文中提出了一种新颖的电缆式锂离子电池，具有优良柔性、能够摆成不同形状使用。该电池结构主要是以线性螺旋Ni-Sn作为负极放置在中心，改性聚对苯二甲酸乙二醇酯作为隔膜，钴酸锂作为电池正极覆盖在铝线上，使用有机液体电解液注入螺旋空隙之中。相比较不是螺旋电极的柔性电池，该电池具有稳定的比容量；由于螺旋结构电解液能充分润湿电极活性材料和隔膜，电池内阻较小；整个电池弯曲、缠绕操作程度相对较小的情况下性能不受影响，可用于部分可穿戴柔性电子设备。但由于电池中间使用金属作为集流体和负极，导致该电池在弯曲、缠绕操作程度幅度较大时存在安全隐患，限制其发展，且其能量密度不高，只有0.89mWhcm-3。后来，J. Park等在《Advanced Materials》 2015年第27卷1396-1401页的《All-solid-state cable-typeflexible Zinc–Air battery》一文中，提出了一种Zn-Air线性电池，该电池中间采用弯曲缠绕状的Zn金属作为负极电极，电解液采用凝胶电解质，接着把空气电极缠绕在其表面，该电池使用的凝胶电解质具有一定的弯曲特性，该线性电池具有高的理论比容量，弯曲状态下可工作。但由于所用的Zn金属相对比较硬，凝胶电解质厚度不易控制，造成整个电池内阻增大、极化增大，循环寿命不好等缺点，凝胶电解质不易大规模生产等。复旦大学Y. Zhang等2014年在《Journal of Materials Chemistry A》第2卷11054–11059页上发表了《Super-stretchy lithium-ion battery based on carbon nanotube fiber》一种可伸缩线性电池，相比较传统的片式结构电池，这种线性微型电池可应用于人们常穿的衣服布料，该电池利用双排直径微米级的碳纳米管纤维承载电极活性材料，弯曲缠绕在绝缘基体表面，填充凝胶电解质，电池在长度伸长600%条件下仍可工作，不影响其性能的发挥，但该电池中间基体部分占用大量空间从而造成总能量密度降低，电池成本较高。另外，以上线性将正极的极耳和负极的极耳分别放在线性电池的两端避免内部短路，由于电池在使用时正、负极的极耳必须连接用电器，这样会造成线性电池不能方便的缠绕。综合上述柔性线性电池发展情况，提高线性电池的柔性、方便使用及大副提高电池的能量密度是亟需解决的现实问题。
发明内容
本发明的目的在于针对目前线性电池柔性不够好、使用不方便且能量密度不同的现实状况，公开了一种无金属、方便缠绕且能量密度高达215 mWh cm-3的柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池，其在作为电池使用的同时还可实现导线的功能。
本发明的另一目的是提供一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池，电池中使用的材料不涉及金属；电池具有很好的柔性与编织性、电池的一端即可完成与用电器的连接；电池可在实现电池功能的同时实现导线的功能；正负极活性物质具有高的面密度，体积能量密度高达215mWh cm-3以上。
一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池的制备方法，采用毫米级的碳纳米管纤维作为中心基体与导线；微米到毫米级厚度的碳纳米管宏观膜分别作为正、负极的集流体；以钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂中的一种或几种为正极；钛酸锂，硫、硅、硅碳、铝粉中的一种或几种为负极；采用刮涂的方法将正负极活性材料涂覆在碳纳米管宏观膜表面；通过正极-隔膜-负极的结构，层层紧密缠绕在基体表面；绝缘层采用聚烯烃热缩管绝缘层；缠绕过程中每层都应该紧密缠绕。
一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池的制备方法，依次包括如下步骤：
步骤一，作为一种新型的双功能且可编织的高能量密度电池，所选基体碳纳米管纤维直径为0.2-10mm，具有可弯曲、缠绕、导电等特性；作为电缆式电池中心支撑基体以便正负极材料缠绕；还可作为电缆式电池同端接线导线便于电池随意缠绕；作为电缆式电池在充放电过程中产生热量传递的通道，起到将电池的发热散发到外界；最后可将其作为电池的同时实现导线的功能。
步骤二，正极片的制备。正极材料可采用钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂中的一种或几种，浆料配置：粘结剂量3-6%，导电剂量1-10%，固溶比35-50%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5-10h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度10-300μm，面密度0.1-30mgcm-2，然后在120oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.01-10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度1-100mm，极片长度0.1-5000mm，宽度0.1-200mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤三，负极片的制备。负极材料采用钛酸锂，硫、硅、硅碳、铝粉材料中的一种或几种，浆料配置：粘结剂5-15%，导电剂5-10%。极片长度1-2000mm，固溶比20-50%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5-10h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度10-600μm，面密度0.1-30mgcm-2，然后在120oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.1-10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度1-100mm，极片长度0.1-5000mm，宽度0.1-200mm。待负极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤四，线性电缆式电池组装。中芯碳纳米管纤维利用热缩管绝缘层包住，碳纳米管纤维两端留出5-10cm，把正极片缠绕在热缩管绝缘层表面，有料的面朝上，将极片紧紧缠绕，空隙高度小于0.1 mm，两头利用高温胶带固定，然后在正极料面缠绕一层隔膜，隔膜重复1mm距离，防止短路，两端采用高温胶固定，接着缠绕负极片，有料面贴近隔膜，缠绕时从留有极耳的一端开始，负极极耳留在正极极耳的反方向一端，或者在缠绕负极极片极耳和正极极片留在同一端，中间采用隔膜分开在基体两面，依次缠绕完毕，缠绕过程中不能出现重叠部分，两端同样使用高温胶固定，最后把制备好的线式电池电芯穿到热缩管绝缘层中心，利用热风机热缩固定，两端留有10cm未热缩的部分为方便注入电解液，放在60oC中干燥24h。
步骤五，电池的封装。在湿度5%环境下的注液手套箱中注入电解液，电解液注入可从两端进行，在上面步骤中提到在热缩过程中两端分别留有10cm部分方便注液，然后将注了电解液的线式电池放入真空箱中（真空度低于-80 kPa），静置20min，重复上述注液步骤直到电池不能再渗入电解液为止，最后利用热风机把两端热缩，电池制作完成。
本发明与现有柔性电池技术相比具有明显的优点与有益效果。具体而言，第一，本发明所使用材料未涉及到金属材料，因而所得电池的重量及柔软性能得到大幅提高；第二，采用的碳纳米管纤维1作为电缆式电池同端接线的导线便于所得电池随意缠绕、作为线性电缆式电池的内芯支撑基体便于正负极片缠绕、作为充放电过程中电池产生热量传递的通道，起到将电池的热量散发。第三，由于电池采用了厚度可达微米级的碳纳米宏观膜为集流体，大大增强了集流体的强度，可使其正负极活性物质的载量最高达到30 mg cm-2，从而使所得电池的能量密度相较现有产品大大提高，最高可达达215 mWh cm-3。第四，活性材料浆料涂覆与碳纳米管宏观膜表面，采用可控厚度刮刀刮涂与其表面，容易与大规模生产接轨；第五，正负极极片、隔膜缠绕于中心基体表面，接触比较紧密，容量得到很好发挥；第五，由于碳纳米管纤维中芯的作用，可使电池在缠绕时只需在一端接用电器，大大丰富了产品的缠绕性和实用性。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图中，1碳纳米管纤维，2热缩管绝缘层，3正极片，4极耳，5隔膜，6负极片，7电解液。
具体实施方案
下面是对本发明实施例详细说明：本实施例在本发明技术方案前提下进行实施，并给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。参照图1电缆式电池结构示意图。
具体实施方法
实施例1。
步骤一，作为一种新型的双功能且可编织的高能量密度电池，所选基体碳纳米管纤维1直径为1 mm，具有可弯曲、缠绕、导电等特性；作为电缆式电池中心支撑基体以便正负极极片缠绕；还可作为电缆式电池同端接线导线便于电池随意缠绕；作为电缆式电池在充放电过程中产生热量传递的通道，起到将电池的发热散发到外界；最后可将其作为电池的同时实现导线的功能。
步骤二，正极片3的制备。正极材料采用钴酸锂，浆料配置：粘结剂量3%，导电剂量2%，固溶比45%，使用行星球磨机球磨，球磨时间8 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度100μm，面密度5mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度5 mm，极片长度500 mm，宽度5 mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤三，负极片6的制备。负极材料采用钛酸锂，浆料配置：粘结剂5%，导电剂5%。极片长度在10mm，固溶比28%，使用行星球磨机球磨，球磨时间8 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度280μm，面密度5.8mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长5 mm，极片长500 mm，宽5 mm。待负极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤四，线性电缆式电池组装。中芯碳纳米管纤维利用热缩管绝缘层绝缘层2包住，碳纳米管纤维1两端留5cm长，把正极片3缠绕在热缩管绝缘层2表面，有料的面朝上，将两极片紧紧缠绕，空隙高度小于0.1 mm，两头利用高温胶带固定，然后在正极料面缠绕一层隔膜5，隔膜5重复1mm距离，防止短路，两端采用高温胶固定，接着缠绕负极片6，有料面贴近隔膜5，缠绕时从留有极耳4的一端开始，负极极耳留在正极极耳的反方向一端，或者在缠绕负极极片极耳和正极极片留在同一端，中间采用隔膜分开在基体两面，依次缠绕完毕，缠绕过程中不能出现重叠部分，两端同样使用高温胶固定，最后把制备好的线式电池电芯穿到热缩管绝缘层2中心，利用热风机热缩固定，两端留有10cm未热缩的部分为方便注入电解液7，放在60oC中干燥24h。
步骤五，电池的封装。在湿度5%环境下的注液手套箱中注入电解液7，电解液7注入可从两端进行，在上面步骤中提到在热缩过程中两端分别留有10cm部分方便注液，然后将注了电解液的线式电池放入真空箱中（真空度低于-80 kPa），静置20min，重复上述注液步骤直到电池不能再渗入电解液为止，最后利用热风机把两端热缩，电池制作完成。
实施例2。
步骤一，作为一种新型的双功能且可编织的高能量密度电池，所选基体碳纳米管纤维1直径为1.5mm间，具有可弯曲、缠绕、导电等特性；作为电缆式电池中心支撑基体以便正负极材料缠绕；还可可作为电缆式电池同端接线导线便于电池随意缠绕；作为电缆式电池在充放电过程中产生热量传递的通道，起到将电池的发热散发到外界；最后可将其作为电池的同时实现导线的功能。
步骤二，正极片3的制备。正极材料可采用钴酸锂，浆料配置：粘结剂量3%，导电剂量3%，固溶比50%，使用行星球磨机球磨，球磨时间3 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度180μm，面密度12mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度10mm，极片长度2000 mm，宽度6 mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤三，负极片6的制备。负极材料采用硅碳，浆料配置：粘结剂5%，导电剂10%。极片长度2000 mm，固溶比20%，使用行星球磨机球磨，球磨时间5 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度100μm，面密度7mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度10mm，极片长度2000 mm，宽度6 mm。待负极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤四，线性电缆式电池组装。中芯碳纳米管纤维利用热缩管绝缘层绝缘层2包住，碳纳米管纤维1两端留出10cm，把正极片3缠绕在热缩管绝缘层2表面，有料的面朝上，将两极片紧紧缠绕，空隙高度小于0.1 mm，两头利用高温胶带固定，然后在正极料面缠绕一层隔膜5，隔膜5重复1mm距离，防止短路，两端采用高温胶固定，接着缠绕负极片6，有料面贴近隔膜5，缠绕时从留有极耳4的一端开始，负极极耳留在正极极耳的反方向一端，或者在缠绕负极极片极耳和正极极片留在同一端，中间采用隔膜分开在基体两面，依次缠绕完毕，缠绕过程中不能出现重叠部分，两端同样使用高温胶固定，最后把制备好的线式电池电芯穿到热缩管绝缘层2中心，利用热风机热缩固定，两端留有10cm未热缩的部分为方便注入电解液6，放在60oC中干燥24h。
步骤五，电池的封装。在湿度5%环境下的注液手套箱中注入电解液7，电解液7注入可从两端进行，在上面步骤中提到在热缩过程中两端分别留有10cm部分方便注液，然后将注了电解液的线式电池放入真空箱中（真空度低于-80 kPa），静置20min，重复上述注液步骤直到电池不能再渗入电解液为止，最后利用热风机把两端热缩，电池制作完成。
实施例3。
步骤一，作为一种新型的双功能且可编织的高能量密度电池，所选基体碳纳米管纤维1直径为2 mm，具有可弯曲、缠绕、导电等特性；作为电缆式电池中心支撑基体以便正负极材料缠绕；还可可作为电缆式电池同端接线导线便于电池随意缠绕；作为电缆式电池在充放电过程中产生热量传递的通道，起到将电池的发热散发到外界；最后可将其作为电池的同时实现导线的功能。
步骤二，正极片3的制备。正极材料可采用钴酸锂，浆料配置：粘结剂量6%，导电剂量10%，固溶比35%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度110μm，面密度6.5mgcm2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度10mm，极片长度1000 mm，宽度20 mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤三，负极片6的制备。负极材料采用钛酸锂，浆料配置：粘结剂5%，导电剂10%。极片长度1000 mm，固溶比20%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度320μm，面密度7 mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度10mm，极片长度1000 mm，宽度20 mm。待负极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤四，线性电缆式电池组装。中芯碳纳米管纤维利用热缩管绝缘层绝缘层2包住，碳纳米管纤维1两端留出10cm，把正极片3缠绕在热缩管绝缘层2表面，有料的面朝上，将两极片紧紧缠绕，空隙高度小于0.1 mm，两头利用高温胶带固定，然后在正极料面缠绕一层隔膜5，隔膜5重复1mm距离，防止短路，两端采用高温胶固定，接着缠绕负极片6，有料面贴近隔膜5，缠绕时从留有极耳4的一端开始，负极极耳留在正极极耳的反方向一端，或者在缠绕负极极片极耳和正极极片留在同一端，中间采用隔膜分开在基体两面，依次缠绕完毕，缠绕过程中不能出现重叠部分，两端同样使用高温胶固定，最后把制备好的线式电池电芯穿到热缩管绝缘层2中心，利用热风机热缩固定，两端留有10cm未热缩的部分为方便注入电解液7，放在60oC中干燥24h。
步骤五，电池的封装。在湿度5%环境下的注液手套箱中注入电解液7，电解液7注入可从两端进行，在上面步骤中提到在热缩过程中两端分别留有10cm部分方便注液，然后将注了电解液的线式电池放入真空箱中（真空度低于-80 kPa），静置20min，重复上述注液步骤直到电池不能再渗入电解液为止，最后利用热风机把两端热缩，电池制作完成。
实施例4。
步骤一，作为一种新型的双功能且可编织的高能量密度电池，所选基体碳纳米管纤维1直径为0.8 mm，具有可弯曲、缠绕、导电等特性；作为电缆式电池中心支撑基体以便正负极材料缠绕；还可可作为电缆式电池同端接线导线便于电池随意缠绕；作为电缆式电池在充放电过程中产生热量传递的通道，起到将电池的发热散发到外界；最后可将其作为电池的同时实现导线的功能。
步骤二，正极片3的制备。正极材料可采用磷酸铁锂，浆料配置：粘结剂量3%，导电剂量3%，固溶比35%，使用行星球磨机球磨，球磨时间2 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度280μm，面密度8mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度50mm，极片长度1500 mm，宽度20 mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤三，负极片6的制备。负极材料采用钛酸锂，浆料配置：粘结剂5%，导电剂5%。极片长度1500 mm，固溶比20%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度350μm，面密度9 mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度50mm，极片长度1500 mm，宽度20 mm。待负极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤四，线性电缆式电池组装。中芯碳纳米管纤维利用热缩管绝缘层绝缘层2包住，碳纳米管纤维1两端留出5cm，把正极片3缠绕在热缩管绝缘层2表面，有料的面朝上，将两极片紧紧缠绕，空隙高度小于0.1 mm，两头利用高温胶带固定，然后在正极料面缠绕一层隔膜5，隔膜5重复1mm距离，防止短路，两端采用高温胶固定，接着缠绕负极片6，有料面贴近隔膜5，缠绕时从留有极耳4的一端开始，负极极耳留在正极极耳的反方向一端，或者在缠绕负极极片极耳和正极极片留在同一端，中间采用隔膜分开在基体两面，依次缠绕完毕，缠绕过程中不能出现重叠部分，两端同样使用高温胶固定，最后把制备好的线式电池电芯穿到热缩管绝缘层2中心，利用热风机热缩固定，两端留有10cm未热缩的部分为方便注入电解液7，放在60oC中干燥24h。
步骤五，电池的封装。在湿度5%环境下的注液手套箱中注入电解液7，电解液7注入可从两端进行，在上面步骤中提到在热缩过程中两端分别留有10cm部分方便注液，然后将注了电解液的线式电池放入真空箱中（真空度低于-80 kPa），静置20min，重复上述注液步骤直到电池不能再渗入电解液为止，最后利用热风机把两端热缩，电池制作完成。
实施例5。
步骤一，作为一种新型的双功能且可编织的高能量密度电池，所选基体碳纳米管纤维1直径为1.6 mm，具有可弯曲、缠绕、导电等特性；作为电缆式电池中心支撑基体以便正负极材料缠绕；还可可作为电缆式电池同端接线导线便于电池随意缠绕；作为电缆式电池在充放电过程中产生热量传递的通道，起到将电池的发热散发到外界；最后可将其作为电池的同时实现导线的功能。
步骤二，正极片3的制备。正极材料可采用锰酸锂，浆料配置：粘结剂量3%，导电剂量5%，固溶比35%，使用行星球磨机球磨，球磨时间1 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度150μm，面密度9.5mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度70mm，极片长度5000 mm，宽度200 mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤三，负极片6的制备。负极材料采用钛酸锂，浆料配置：粘结剂5%，导电剂5%。极片长度5000 mm，固溶比20%，使用行星球磨机球磨，球磨时间3 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度400μm，面密度10mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机10 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度30mm，极片长度5000 mm，宽度200 mm。待负极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。
步骤四，线性电缆式电池组装。中芯碳纳米管纤维利用热缩管绝缘层绝缘层2包住，碳纳米管纤维1两端留出10cm，把正极片3缠绕在热缩管绝缘层2表面，有料的面朝上，将两极片紧紧缠绕，空隙高度小于0.1 mm，两头利用高温胶带固定，然后在正极料面缠绕一层隔膜5，隔膜5重复1mm距离，防止短路，两端采用高温胶固定，接着缠绕负极片6，有料面贴近隔膜5，缠绕时从留有极耳4的一端开始，负极极耳留在正极极耳的反方向一端，或者在缠绕负极极片极耳和正极极片留在同一端，中间采用隔膜分开在基体两面，依次缠绕完毕，缠绕过程中不能出现重叠部分，两端同样使用高温胶固定，最后把制备好的线式电池电芯穿到热缩管绝缘层2中心，利用热风机热缩固定，两端留有10cm未热缩的部分为方便注入电解液7，放在60oC中干燥24h。
步骤五，电池的封装。在湿度5%环境下的注液手套箱中注入电解液7，电解液7注入可从两端进行，在上面步骤中提到在热缩过程中两端分别留有10cm部分方便注液，然后将注了电解液的线式电池放入真空箱中（真空度低于-80 kPa），静置20min，重复上述注液步骤直到电池不能再渗入电解液为止，最后利用热风机把两端热缩，电池制作完成。

Claims (6)

1.一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池，其特征在于：电池中使用的材料不涉及金属；电池具有很好的柔性与编织性、电池的一端即可完成与用电器的连接；电池可在实现电池功能的同时实现导线的功能；正负极活性物质具有高的面密度，体积能量密度高达215 mWh cm-3以上。
2.根据权利要求1所述的一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池，其特征在于，依次采用包含如下方法的步骤制得：步骤一，作为一种新型的双功能且可编织的高能量密度电池，所选基体碳纳米管纤维为直径0.2-10 mm，具有可弯曲、缠绕、导电等特性；作为电缆式电池中心支撑基体以便正负极材料缠绕；还可可作为电缆式电池同端接线导线便于电池随意缠绕；作为电缆式电池在充放电过程中产生热量传递的通道，起到将电池的发热散发到外界；最后可将其作为电池的同时实现导线的功能；
步骤二，正极片的制备：正极材料可采用钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂中的一种或几种，浆料配置：粘结剂量3-6%，导电剂量1-10%，固溶比35-50%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5-10 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度10-300μm，面密度0.1-30 mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.01-10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度1-100mm，极片长度0.1-5000 mm，宽度0.1-200 mm，待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用；
步骤三，负极片的制备：负极材料采用钛酸锂，硫、硅、硅碳、铝粉材料中的一种或几种，浆料配置：粘结剂5-15%，导电剂5-10%；
极片长度1-2000 mm，固溶比20-50%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5-10 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度10-600μm，面密度0.1-30 mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.1-10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度1-100mm，极片长度0.1-5000 mm，宽度0.1-200 mm，待负极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用；
步骤四，线性电缆式电池组装：中芯碳纳米管纤维利用热缩管绝缘层绝缘层包住，碳纳米管纤维两端留出5-10cm，把正极片缠绕在热缩管绝缘层表面，有料的面朝上，将极片紧紧缠绕，空隙高度小于0.1 mm，两头利用高温胶带固定，然后在正极料面缠绕一层隔膜，隔膜重复1mm距离，防止短路，两端采用高温胶固定，接着缠绕负极片，有料面贴紧隔膜，缠绕时从留有极耳的一端开始，负极极耳留在正极极耳的反方向一端，或者在缠绕负极极片极耳和正极极片留在同一端，中间采用隔膜分开在基体两面，依次缠绕完毕，缠绕过程中不能出现重叠部分，两端同样使用高温胶固定，最后把制备好的线式电池电芯穿到热缩管绝缘层中心，利用热风机热缩固定，两端留有10cm未热缩的部分为方便注入电解液，放在60oC中干燥24h；
步骤五，电池的封装：在湿度5%环境下的注液手套箱中注入电解液，电解液注入可从两端进行，在上面步骤中提到在热缩过程中两端分别留有10cm部分方便注液，然后将注了电解液的线式电池放入真空箱中，静置20min，重复上述注液步骤直到电池不能再渗入电解液为止，最后利用热风机把两端热缩，电池制作完成。
3.根据权利要求2所述的一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池，其特征在于：所述步骤五中真空箱中的真空度低于-80 kPa。
4.一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池的制备方法，其特征在于：采用毫米级的碳纳米管纤维作为中心基体与导线；微米到毫米级厚度的碳纳米管宏观膜作分别作为正、负极的集流体；以钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂中的一种或几种为正极；钛酸锂，硫、硅、硅碳、铝粉中的一种或几种为负极；采用刮涂的方法将正负极活性材料涂覆在碳纳米管宏观膜表面；通过正极-隔膜-负极的结构，层层紧密缠绕在基体表面；绝缘层采用聚烯烃热缩管绝缘层；缠绕过程中每层都紧密缠绕。
5.根据权利要求4所述的一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池的制备方法，其特征在于：制备方法依次包括以下具体步骤：
步骤一，作为一种新型的双功能且可编织的高能量密度电池，所选基体碳纳米管纤维为直径0.2-10 mm，具有可弯曲、缠绕、导电等特性；作为电缆式电池中心支撑基体以便正负极材料缠绕；还可可作为电缆式电池同端接线导线便于电池随意缠绕；作为电缆式电池在充放电过程中产生热量传递的通道，起到将电池的发热散发到外界；最后可将其作为电池的同时实现导线的功能；
步骤二，正极片的制备：正极材料可采用钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂中的一种或几种，浆料配置：粘结剂量3-6%，导电剂量1-10%，固溶比35-50%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5-10 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度10-300μm，面密度0.1-30 mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.01-10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度1-100mm，极片长度0.1-5000 mm，宽度0.1-200 mm，待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用；
步骤三，负极片的制备：负极材料采用钛酸锂，硫、硅、硅碳、铝粉材料中的一种或几种，浆料配置：粘结剂5-15%，导电剂5-10%；
极片长度1-2000 mm，固溶比20-50%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5-10 h；碳纳米管宏观膜集流体平铺于玻璃表面，作为极耳位置的碳纳米管宏观膜部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度10-600μm，面密度0.1-30 mgcm-2，然后在120 oC鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.1-10T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度1-100mm，极片长度0.1-5000 mm，宽度0.1-200 mm，待负极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用；
步骤四，线性电缆式电池组装：中芯碳纳米管纤维利用热缩管绝缘层绝缘层包住，碳纳米管纤维两端留出5-10cm，把正极片缠绕在热缩管绝缘层表面，有料的面朝上，将极片紧紧缠绕，空隙高度小于0.1 mm，两头利用高温胶带固定，然后在正极料面缠绕一层隔膜，隔膜重复1mm距离，防止短路，两端采用高温胶固定，接着缠绕负极片，有料面贴紧隔膜，缠绕时从留有极耳的一端开始，负极极耳留在正极极耳的反方向一端，或者在缠绕负极极片极耳和正极极片留在同一端，中间采用隔膜分开在基体两面，依次缠绕完毕，缠绕过程中不能出现重叠部分，两端同样使用高温胶固定，最后把制备好的线式电池电芯穿到热缩管绝缘层中心，利用热风机热缩固定，两端留有10cm未热缩的部分为方便注入电解液，放在60oC中干燥24h；
步骤五，电池的封装：在湿度5%环境下的注液手套箱中注入电解液，电解液注入可从两端进行，在上面步骤中提到在热缩过程中两端分别留有10cm部分方便注液，然后将注了电解液的线式电池放入真空箱中，静置20min，重复上述注液步骤直到电池不能再渗入电解液为止，最后利用热风机把两端热缩，电池制作完成。
6.根据权利要求5所述的一种柔性双功能且可编织的电缆式高能量密度电池的制备方法，其特征在于：所述步骤五中真空箱中的真空度低于-80 kPa。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110634682A (zh) * 2019-09-24 2019-12-31 江西理工大学 一种一维同轴柔性可编制的锂离子电容器及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103165899A (zh) * 2012-12-07 2013-06-19 深圳市海太阳实业有限公司 一种正极极片及其制备方法、电池
CN103904357A (zh) * 2014-03-09 2014-07-02 复旦大学 一种可拉伸的线状锂离子电池及其制备方法
CN104681857A (zh) * 2014-11-28 2015-06-03 江西理工大学 一种可折叠锂离子电池及其制作方法
CN207134440U (zh) * 2017-08-16 2018-03-23 深圳市龙廷科技有限公司 一种电缆型锂离子电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103165899A (zh) * 2012-12-07 2013-06-19 深圳市海太阳实业有限公司 一种正极极片及其制备方法、电池
CN103904357A (zh) * 2014-03-09 2014-07-02 复旦大学 一种可拉伸的线状锂离子电池及其制备方法
CN104681857A (zh) * 2014-11-28 2015-06-03 江西理工大学 一种可折叠锂离子电池及其制作方法
CN207134440U (zh) * 2017-08-16 2018-03-23 深圳市龙廷科技有限公司 一种电缆型锂离子电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王清辉: "基于碳纳米管膜的柔性电缆式电池与高电压电池研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110634682A (zh) * 2019-09-24 2019-12-31 江西理工大学 一种一维同轴柔性可编制的锂离子电容器及其制备方法

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