CN108242555A - 可自吸附柔性电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可自吸附柔性电池及其制备方法，将环糊精作为主体接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；将搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的凝胶电解质聚合物单体进行原位聚合反应，生成掺入主体分子的凝胶电解质；将金刚烷或者二茂铁作为客体接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体进行聚合反应，生成掺入客体分子的粘结剂；将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池，对比现有的柔性电池，提高柔性的同时又延长了电池的使用寿命，弥补了现有柔性电池技术的短板。
Description
技术领域
本发明涉及柔性储能电池技术领域，具体涉及一种可自吸附柔性电池及其制备方法。
背景技术
近年来，随着电子技术的快速进步，越来越多的电子设备正在向着轻薄化、柔性化和可穿戴的方向发展，新一代的电子设备将是可折叠、可弯曲的柔性电子设备。柔性电子设备的发展核心是与之相适应的轻薄且柔性的电化学储能器件。目前，锂电已成为生活中应用最具有代表性的储能器件，它的柔性化吸引着众多科研机构和电子设备公司的目光。锂电的可柔性化成为如今发展柔性电子设备的最大挑战。
传统的锂离子电池、超级电容器等产品是刚性的，在弯曲、折叠时，容易造成电极材料和集流体分离，影响电化学性能，甚至导致短路，发生严重的安全问题。锂离子电池能量密度高，具有良好的循环性能，稳定性好，是发展柔性储能器件最理想的候选。在制备锂离子电池时，需要从其基本结构入手，柔性电极的设计和制备已成为核心问题。
对比柔性储能器件，可伸缩性储能器件对结构和材料设计有更高的要求，生产周期较长，难以大批量工业化生产，产业化应用受到限制。本发明介绍的柔性电极设计通过在凝胶电解质和粘结剂掺入主客体分子，通过主客体分子间的包合作用，大大增强电池的柔性能力，其包和过程主要是物理过程，对电池的性能影响小，生产工艺和条件容易满足，是实现新型柔性电子设备产业化的最具潜力的技术。柔性电子设备在使用过程中，经常处于伸缩状态，本文发明的柔性电池技术大大的提高了电池的韧性，使电池在运动过程通过吸附作用，保证了电子设备的正常运行。
柔性电极关键技术的突破，对于柔性电池应用到柔性电子器件中，并实现产业化起着至关重要的作用。近年，实现柔性储能器件主要是从新结构的设计和柔性材料的两个方向进行探索，另外对于柔性储能设备的探索还有很多不可忽视的因素，例如低成本、可规模化的工业生产技术，提高柔性装置的循环稳定性等，为了弥补现有技术的空白，本发明提供了一种可自吸附柔性电池的制备方法。
发明内容
针对目前柔性电池存在的一些问题，本发明的目的在于提供一种可自吸附柔性电池及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
1、一种可自吸附柔性电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)将环糊精作为主体在引发剂作用下接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；
(2)将制备好的搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的凝胶电解质聚合物单体进行原位聚合反应，生成掺入主体分子的凝胶电解质；
(3)将金刚烷或二茂铁作为客体在引发剂作用下接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；
(4)将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体进行聚合反应，生成掺入客体分子的粘结剂；
(5)将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
作为优选方式，步骤(1)凝胶电解质聚合物单体与主体在进行接枝反应时的质量比为1:(0.1-5)；并且/或者步骤(3)粘结剂聚合物单体与客体在进行接枝反应时的质量比为1:(0.1-5)。
作为优选方式，步骤(2)在制备掺入主体分子的凝胶电解质反应中，所使用未接枝的凝胶电解质聚合物单体与搭载主体分子的聚合物单体基体的质量比为1:(0.3-7)。
作为优选方式，步骤(4)在制备掺入客体分子粘结剂的反应中，未接枝的粘结剂聚合物单体与搭载客体分子的聚合物单体基体质量比为1:(0.1-5)。
作为优选方式，所述凝胶电解质聚合物单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、六氟丙烯、乙烯醇缩醛中至少一种。
作为优选方式，所选引发剂选自(NH4)2S2O8、Na2S2O8、K2S2O8、(NH4)2S2O8/NaHSO3、(NH4)2S2O8/Na2SO3、Na2S2O8/NaHSO3、Na2S2O8/Na2SO3、K2S2O8/NaHSO3、K2S2O8/Na2SO3、Ce(NH4)2(NO3)6、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的一种或几种，并且/或者接枝反应使用引发剂的用量为单体总质量的0.01-5wt％。
作为优选方式，步骤(2)原位聚合反应的聚合温度为30-80℃，聚合时间为3-10小时；并且/或者步骤(4)的聚合温度为30-80℃，聚合时间为3-10小时。
作为优选方式，步骤(5)的电极上具有活性物质、导电剂，活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为100:5-15:5-15。
作为优选方式，步骤(5)将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，电极上活性物质、导电剂和粘结剂混合浆料涂覆到集流体上后，在真空箱里进行烘干，烘干温度为80-100℃，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
作为优选方式，凝胶电解质在成膜过程中，进行两次烘干，80-100℃的温度下进行3-5h的第一次烘干后，再在120-140℃的温度下进行12-36h的第二次烘干。
作为优选方式，聚合反应过程在惰性气体(如氩气)条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为200-450转/分。
2、为实现上述发明目的，本发明还提供另外一种可自吸附柔性电池的制备方法，将主客体分子交换掺杂，即包括如下步骤：
(1)将金刚烷或二茂铁作为客体在引发剂作用下接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；
(2)将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的凝胶电解质聚合物单体进行原位聚合反应，生成掺入客体分子的凝胶电解质；
(3)将环糊精作为主体在引发剂作用下接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；
(4)将制备好的搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体进行聚合反应，生成掺入主体分子的粘结剂；
(5)将掺入主体分子的粘结剂添加到正负极电极中，然后与掺入客体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
作为优选方式，步骤(1)凝胶电解质聚合物单体与客体在进行接枝反应时的质量比为1:(0.1-5)；并且/或者步骤(3)粘结剂聚合物单体与主体在进行接枝反应时的质量比为1:(0.1-5)。
作为优选方式，步骤(2)在制备掺入客体分子的凝胶电解质反应中，所使用未接枝的凝胶电解质聚合物单体与搭载客体分子的聚合物单体基体的质量比为1:(0.3-7)。
作为优选方式，步骤(4)在制备掺入主体分子粘结剂的反应中，未接枝的粘结剂聚合物单体与搭载主体分子的聚合物单体基体质量比为1:(0.1-5)。
作为优选方式，所述凝胶电解质聚合物单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、六氟丙烯、乙烯醇缩醛中至少一种。
作为优选方式，所选引发剂选自(NH4)2S2O8、Na2S2O8、K2S2O8、(NH4)2S2O8/NaHSO3、(NH4)2S2O8/Na2SO3、Na2S2O8/NaHSO3、Na2S2O8/Na2SO3、K2S2O8/NaHSO3、K2S2O8/Na2SO3、Ce(NH4)2(NO3)6、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的一种或几种，并且/或者接枝反应使用引发剂的用量为单体总质量的0.01-5wt％。
作为优选方式，步骤(2)原位聚合反应的聚合温度为30-80℃，聚合时间为3-10小时；并且/或者步骤(4)的聚合温度为30-80℃，聚合时间为3-10小时。
作为优选方式，步骤(5)的电极上具有活性物质、导电剂，活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为100:5-15:5-15。
作为优选方式，步骤(5)将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，电极上活性物质、导电剂和粘结剂混合浆料涂覆到集流体上后，在真空箱里进行烘干，烘干温度为80-100℃，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
作为优选方式，凝胶电解质在成膜过程中，进行两次烘干，80-100℃的温度下进行3-5h的第一次烘干后，再在120-140℃的温度下进行12-36h的第二次烘干。
作为优选方式，聚合反应过程在惰性气体(如氩气)条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为200-450转/分。
3、为实现上述发明目的，本发明还提供上述两种制备方法得到的可自吸附柔性电池。
本发明与现有的柔性储能器件相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明通过大分子和小分子的包合作用，即主客体分子间的分子识别包合作用，只需在凝胶电解质和粘结剂中掺入主客体分子，然后封装成高柔性的三明治电池。这种柔性电池制备方法思路简单，而分子间的包合作用主要是物理作用，能极小程度地降低对电池能量密度和功率密度的影响，对比现有的柔性电池，提高柔性的同时又延长了电池的使用寿命，弥补了现有柔性电池技术的短板。
2.本发明的制备原料来源广，制备方法简单，制备成本低，采用的原材料均来自于已工业化的产品，制备可实施性较强，工业化难度小，有望实现工业化大规模生产。
3.本发明电池的制备是在柔性电极以及隔膜中加入主客体分子，利用主客体包合作用和分子间作用力(范德华力)，使柔性电池的正负极与隔膜之间形成一个可自吸附的界面。本发明先将主体分子环糊精接枝到载体分子甲基丙烯酸甲酯上，然后再与未接枝凝胶电解质聚合物单体发生原位聚合反应形成主体凝胶电解质，同时将客体分子金刚烷接枝到载体分子偏氟乙烯上，然后再与未接枝粘结剂集合物单体发生聚合反应形成客体粘结剂，最后将主体凝胶电解质和掺入客体粘结剂的电极封装电池；另外交换主客体位置，将客体分子加入凝胶电解质，主体分子加入粘结剂，封装成电池。本发明利用这种界面自吸附技术大大提高柔性电池界面结合力，改善柔性电极抗拉伸以及抗弯折能力，即使在受到外力电极脱落的情况下也能在较短的时间内进行自吸附，大大提高柔性电池的使用寿命和其在苛刻条件下的适应力。
附图说明
图(1)为本发明制备可自吸附柔性电池的流程框图。
图(2)为本发明制备可自吸附柔性电池中电极与电解质中掺入主客体分子间的包合作用示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种可自吸附柔性电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)主体为环糊精，客体为金刚烷。将主体在引发剂Na2S2O8作用下接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；
所述凝胶电解质聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯。步骤(1)甲基丙烯酸甲酯与环糊精在进行接枝反应时的质量比例1:0.1；接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的0.01wt％。
(2)将制备好的搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯进行原位聚合反应，生成掺入主体分子的凝胶电解质；未接枝的丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯与搭载主体分子的聚合物单体基体的质量比为1:0.3。步骤(2)原位聚合反应的聚合温度为30℃，聚合时间为3小时；聚合反应过程在惰性气体条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为200转/分。
(3)将客体金刚烷在引发剂Na2S2O8作用下接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；步骤(3)中的所述粘结剂聚合物单体为偏氟乙烯。偏氟乙烯与客体金刚烷在进行接枝反应时的质量比为1:0.1。接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的0.01wt％。
(4)将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体偏氟乙烯进行聚合反应，生成掺入客体分子的粘结剂。未接枝的粘结剂聚合物单体偏氟乙烯与搭载客体分子的聚合物单体基体质量比为1:0.1。步骤(4)的聚合温度为40℃，聚合时间为5小时。聚合反应过程在氩气条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为200转/分。
(5)将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
步骤(5)的电极上具有活性物质、导电剂，活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为100:5:5。电极上活性物质、导电剂和粘结剂混合浆料涂覆到集流体上后，在真空箱里进行烘干，烘干温度为80℃，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
实施例2
一种可自吸附柔性电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)其中，主体为环糊精，客体为二茂铁；将主体环糊精在引发剂作用下接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；
其中所述凝胶电解质聚合物单体为丙烯腈。所选引发剂为Na2S2O8和K2S2O8。步骤(1)凝胶电解质凝胶聚合物单体与主体在进行接枝反应时的质量比例1:5；接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的5wt％。
(2)将制备好的搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的凝胶电解质聚合物单体甲基丙烯酸甲酯进行原位聚合反应，生成掺入主体分子的凝胶电解质；步骤(2)中所使用未接枝的凝胶电解质聚合物单体与搭载主体分子的聚合物单体基体的质量比为1:7。原位聚合反应的聚合温度为50℃，聚合时间为5小时；聚合反应过程在惰性气体条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为250转/分。
(3)将客体在引发剂作用下接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；步骤(3)中所述粘结剂聚合物单体为乙烯醇。所选引发剂为Na2S2O8和K2S2O8。步骤(3)粘结剂聚合物单体与客体在进行接枝反应时的质量比为1:5。接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的5wt％。
(4)将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体进行聚合反应，生成掺入客体分子的粘结剂；步骤(4)中所述粘结剂聚合物单体为偏氟乙烯。未接枝的粘结剂聚合物单体与搭载客体分子的聚合物单体基体质量比为1:5。步骤(4)的聚合温度为50℃，聚合时间为5小时。聚合反应过程在惰性气体(如氩气)条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为250转/分。
(5)将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
步骤(5)的电极上具有活性物质、导电剂，活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为100:8:8。步骤(5)将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，电极上活性物质、导电剂和粘结剂混合浆料涂覆到集流体上后，在真空箱里进行烘干，烘干温度为100℃，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
实施例3
一种可自吸附柔性电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)其中，主体为环糊精，客体为金刚烷；将主体环糊精在引发剂作用下接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；
其中所述凝胶电解质聚合物单体为六氟丙烯。所选引发剂为(NH4)2S2O8/NaHSO3、(NH4)2S2O8/Na2SO3、Na2S2O8/NaHSO3。步骤(1)凝胶电解质凝胶聚合物单体与主体在进行接枝反应时的质量比例1:2；接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的1wt％。
(2)将制备好的搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的凝胶电解质聚合物单体进行原位聚合反应，生成掺入主体分子的凝胶电解质；步骤(2)中所述凝胶电解质聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、乙烯醇缩醛。所使用未接枝的凝胶电解质聚合物单体与搭载主体分子的聚合物单体基体的质量比为1:3。步骤(2)原位聚合反应的聚合温度为60℃，聚合时间为6小时；聚合反应过程在惰性气体(如氩气)条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为350转/分。
(3)将客体在引发剂作用下接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；步骤(3)中所述粘结剂聚合物单体为四氟乙烯。所选引发剂为(NH4)2S2O8/NaHSO3、(NH4)2S2O8/Na2SO3、Na2S2O8/NaHSO3。步骤(3)粘结剂聚合物单体与客体在进行接枝反应时的质量比为1:3。接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的1wt％。
(4)将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体进行聚合反应，生成掺入客体分子的粘结剂；步骤(4)中所述粘结剂聚合物单体为偏氟乙烯、乙烯醇、四氟乙烯。在制备掺入客体分子粘结剂的反应中，未接枝的粘结剂聚合物单体与搭载客体分子的聚合物单体基体质量比为1:3。步骤(4)的聚合温度为60℃，聚合时间为8小时。聚合反应过程在惰性气体(如氩气)条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为400转/分。
(5)将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
步骤(5)的电极上具有活性物质、导电剂，活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为100:10:10。步骤(5)将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，电极上活性物质、导电剂和粘结剂混合浆料涂覆到集流体上后，在真空箱里进行烘干，烘干温度为90℃，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
实施例4
一种可自吸附柔性电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)其中，主体为环糊精，客体为金刚烷。将金刚烷作为客体在引发剂作用下接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；
其中所述凝胶电解质聚合物单体为乙烯醇缩醛。所选引发剂K2S2O8/NaHSO3、K2S2O8/Na2SO3、Ce(NH4)2(NO3)6、偶氮二异丁基脒盐酸盐。步骤(1)凝胶电解质凝胶聚合物单体与客体在进行接枝反应时的质量比例1:0.5；接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的2wt％。
(2)将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的凝胶电解质聚合物单体进行原位聚合反应，生成掺入客体分子的凝胶电解质；步骤(2)中所述凝胶电解质聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、六氟丙烯。步骤(2)在制备掺入客体分子的凝胶电解质反应中，所使用未接枝的凝胶电解质聚合物单体与搭载客体分子的聚合物单体基体的质量比为1:4。步骤(2)原位聚合反应的聚合温度为70℃，聚合时间为8小时；聚合反应过程在惰性气体(如氩气)条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为400转/分。
(3)将主体在引发剂作用下接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；步骤(3)中所述粘结剂聚合物单体为四氟乙烯。所选引发剂选自(NH4)2S2O8、Na2S2O8、K2S2O8、(NH4)2S2O8/NaHSO3、(NH4)2S2O8/Na2SO3。步骤(3)粘结剂聚合物单体与主体在进行接枝反应时的质量比为1:4。接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的2wt％。
(4)将制备好的搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体进行聚合反应，生成掺入主体分子的粘结剂；步骤(4)中所述粘结剂聚合物单体选自偏氟乙烯、乙烯醇。未接枝的粘结剂聚合物单体与搭载主体分子的聚合物单体基体质量比为1:3。步骤(4)的聚合温度为70℃，聚合时间为8小时。聚合反应过程在惰性气体(如氩气)条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为300转/分。
(5)将掺入主体分子的粘结剂添加到正负极电极中，然后与掺入客体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
步骤(5)的电极上具有活性物质、导电剂，活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为100:12:12。步骤(5)将掺入主体分子的粘结剂添加到正负极电极中，电极上活性物质、导电剂和粘结剂混合浆料涂覆到集流体上后，在真空箱里进行烘干，凝胶电解质在成膜过程中，进行两次烘干，80-100℃的温度下进行3-5h的第一次烘干后，再在120-140℃的温度下进行12-36h的第二次烘干。然后与掺入客体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
实施例5
一种可自吸附柔性电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)客体为二茂铁，主体为环糊精。将二茂铁作为客体在引发剂作用下接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；
其中所述凝胶电解质聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯。所选引发剂包括(NH4)2S2O8、Na2S2O8、K2S2O8、(NH4)2S2O8/NaHSO3、(NH4)2S2O8/Na2SO3、K2S2O8/Na2SO3、Ce(NH4)2(NO3)6、偶氮二异丁基脒盐酸盐。步骤(1)凝胶电解质凝胶聚合物单体与客体在进行接枝反应时的质量比例1:4；接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的4wt％。
(2)将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的凝胶电解质聚合物单体进行原位聚合反应，生成掺入客体分子的凝胶电解质；步骤(2)中所述凝胶电解质聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯、乙烯醇缩醛。所使用未接枝的凝胶电解质聚合物单体与搭载客体分子的聚合物单体基体的质量比为1:5。原位聚合反应的聚合温度为60℃，聚合时间为5小时；聚合反应过程在惰性气体(如氩气)条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为200-450转/分。
(3)将主体在引发剂作用下接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；步骤(3)中所述粘结剂聚合物单体为乙烯醇。所选引发剂为Na2S2O8/NaHSO3、Na2S2O8/Na2SO3、K2S2O8/NaHSO3、K2S2O8/Na2SO3、Ce(NH4)2(NO3)6。步骤(3)粘结剂聚合物单体与主体在进行接枝反应时的质量比为1:4。接枝共聚反应使用引发剂的用量为单体总质量的4wt％。
(4)将制备好的搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体进行聚合反应，生成掺入主体分子的粘结剂；步骤(4)中所述粘结剂聚合物单体为偏氟乙烯、乙烯醇、四氟乙烯。未接枝的粘结剂聚合物单体与搭载主体分子的聚合物单体基体质量比为1:4。步骤(4)的聚合温度为80℃，聚合时间为10小时。聚合反应过程在惰性气体(如氩气)条件下进行。共聚前溶液在保护性气体氮气和/或氩气的条件下进行混合，搅拌速度为450转/分。
(5)将掺入主体分子的粘结剂添加到正负极电极中，然后与掺入客体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
步骤(5)的电极上具有活性物质、导电剂，活性物质、导电剂和粘结剂的质量比为100:15:15。步骤(5)将掺入主体分子的粘结剂添加到正负极电极中，电极上活性物质、导电剂和粘结剂混合浆料涂覆到集流体上后，在真空箱里进行烘干，烘干温度为90℃，然后与掺入客体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种可自吸附柔性电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将环糊精作为主体在引发剂作用下接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；
(2)将制备好的搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的凝胶电解质聚合物单体进行原位聚合反应，生成掺入主体分子的凝胶电解质；
(3)将金刚烷或二茂铁作为客体在引发剂作用下接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；
(4)将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体进行聚合反应，生成掺入客体分子的粘结剂；
(5)将掺入客体分子的粘结剂添加到正负极电极中，然后与掺入主体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
2.根据权利要求1所述的一种可自吸附柔性电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)凝胶电解质聚合物单体与主体在进行接枝反应时的质量比为1:(0.1-5)；并且/或者步骤(3)粘结剂聚合物单体与客体在进行接枝反应时的质量比为1:(0.1-5)。
3.根据权利要求1所述的一种可自吸附柔性电池的制备方法，其特征在于：步骤(2)在制备掺入主体分子的凝胶电解质反应中，所使用未接枝的凝胶电解质聚合物单体与搭载主体分子的聚合物单体基体的质量比为1:(0.3-7)。
4.根据权利要求1所述的一种可自吸附柔性电池的制备方法，其特征在于：步骤(4)在制备掺入客体分子粘结剂的反应中，未接枝的粘结剂聚合物单体与搭载客体分子的聚合物单体基体质量比为1:(0.1-5)。
5.根据权利要求1所述的一种可自吸附柔性电池的制备方法，其特征在于：所述凝胶电解质聚合物单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、六氟丙烯、乙烯醇缩醛中至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种可自吸附柔性电池的制备方法，其特征在于：所述粘结剂聚合物单体选自偏氟乙烯、乙烯醇、四氟乙烯至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种可自吸附柔性电池的制备方法，其特征在于：所选引发剂选自(NH4)2S2O8、Na2S2O8、K2S2O8、(NH4)2S2O8/NaHSO3、(NH4)2S2O8/Na2SO3、Na2S2O8/NaHSO3、Na2S2O8/Na2SO3、K2S2O8/NaHSO3、K2S2O8/Na2SO3、Ce(NH4)2(NO3)6、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的一种或几种，并且/或者接枝反应使用引发剂的用量为单体总质量的0.01-5wt％。
8.根据权利要求1所述的一种可自吸附柔性电池的制备方法，其特征在于：步骤(2)原位聚合反应的聚合温度为30-80℃，聚合时间为3-10小时；并且/或者步骤(4)的聚合温度为30-80℃，聚合时间为3-10小时。
9.根据权利要求1所述的一种可自吸附柔性电池的制备方法，其特征在于：将主客体分子交换掺杂，即包括如下步骤：
(1)将金刚烷或二茂铁作为客体在引发剂作用下接枝到凝胶电解质聚合物单体上形成搭载客体分子的聚合物单体基体；
(2)将制备好的搭载客体分子的聚合物单体基体与未接枝的凝胶电解质聚合物单体进行原位聚合反应，生成掺入客体分子的凝胶电解质；
(3)将环糊精作为主体在引发剂作用下接枝到粘结剂聚合物单体上形成搭载主体分子的聚合物单体基体；
(4)将制备好的搭载主体分子的聚合物单体基体与未接枝的粘结剂聚合物单体进行聚合反应，生成掺入主体分子的粘结剂；
(5)将掺入主体分子的粘结剂添加到正负极电极中，然后与掺入客体分子的凝胶电解质进行封装成自吸附三明治柔性电池。
10.权利要求1至9任意一项所述制备方法得到的可自吸附柔性电池。
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| CN108242555B (zh) | 2020-06-26 |
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