CN113299880A - 一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池 - Google Patents

一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池的制备方法,包括镍正极、锌负极、隔膜、电解质及外壳。具体步骤为:(1)高性能柔性镍正极的制备方法:该正极以纱线为基体,引入金属有机框架,使得电极性能大幅度提升。(2)电池结构的制备方法:通过隔膜,将镍正极和锌负极结合起来并置入柔性外壳。制备电解质注入外壳中,并进行封装,即可得到可弯折的柔性镍锌电池。本发明的优点在于:通过多种结构调控制备的高性能镍正极能够使电池电化学性能明显提升;其结构、工艺简单,可实现大规模生产;所有材料均为柔性,使整个电池具有良好的柔性,可以任意弯折变形;可置入服装为微电子器件供电,在智能可穿戴领域有着广阔的前景。

Description

一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池
技术领域
本发明属于柔性镍锌电池领域,特别涉及一种高性能柔性镍正极的制备方法和一种可弯折镍锌电池的组装方法。
背景技术
纺织品以其易用性、舒适性和可穿戴性而闻名数千年,在服装和工业中得到了广泛的应用。但在快速发展的今天,各种可穿戴智能电子设备随之兴起,人们已经意识到将这些电子器件融入到传统的纺织品中具有划时代的意义,可弯曲、折叠的轻薄化、柔性化的便携式可穿戴设备成为了下一代电子设备的主流方向。其中,储能材料是这些技术可持续发展的必须品,因此,关于能源的研发也显得尤为重要。虽然当前这些太阳能,风能等自然清洁能源具有很高的效率,但当环境条件中的光照,风力有限时,这可能就不是对这些可穿戴电子器件的最佳选择了。目前,可充电电池是智能服装储能装置的主要选择,其传统的硬质形式已无法适应人们对智能服装灵活性、舒适性和安全性的要求。因此, 设计一种安全高效的柔性电池显得尤为重要。是推动储能材料在可穿戴智能电子设备领域应用的关键一环,直接影响着柔性电子产品的设计与功能。
在众多已经报道的研究中,目前柔性电池主要以柔性锂离子电池为主,锂离子电池体系由于其自身的有机电解液和电极材料,存在的安全问题不可忽视,特别是在柔性电池弯曲、折叠的使用过程中,还极易引发有机电解液泄露的安全隐患,轻则灼伤皮肤,重则发生燃烧及爆炸,对人体及自然环境造成危害。大多是将锂离子电池柔性化,锂离子电池不仅价格高昂,而且安全性能差,应用在智能穿戴器件中,对人体产生了极大的安全隐患。如王赪胤等人的CN112563443A号专利公布了一种柔性电池电极及其制作工艺,所述电极均为柔性纤维状,极大的增加了柔性。但是该方法采用粘结剂的方法将锂盐活性物质结合在柔性基体上,不仅增加了电池整体质量,降低了容量,而且锂离子电池安全性能低。一些研究者采用层状结构制备柔性电池,如韩玲莉等人的CN112103410A号专利公布了一种柔性电池,该柔性电池将传统的电极材料附着在柔性基体上,制备的层状柔性电池,虽然一定程度上提高了柔性,但却难以和服装融合,采用材料依然是对人体有害的锂电材料。
一些研究者也报道出其他类别的柔性电池,如锌离子电池等,它与锂离子电池相比,除了价格低廉外,还有非常好的安全性能。如魏春光等人的CN112002945A号专利公布了一种固态柔性电池、制备及使用方法。该专利设计的固态柔性电池无腐蚀无爆炸,安全性高,可直接与人体皮肤接触。但其结构复杂,为多层堆积而成,该结构呈三明治状,整体笨重且柔性有限,降低了整体容量,与服装结合难度较高。
现有技术中也有人制备出了镍钴氢氧化物柔性电极及柔性电容器,如东华大学的郝天琪等人的CN109036876A专利公布了一种镍钴氢氧化物柔性电极的制备方法,他们采用简单易行的化学合成法在碳化的碳纳米管/棉复合材料上原位生长镍钴双氢氧化物,从而制备高电化学性能的柔性电极,制备的电极呈薄膜状,碳化材料也在一定的程度上降低了该电极的柔性。如果要进一步制备出三明治形的薄膜柔性电池,其与服装的兼容性远小于一维的纱线电池,其电化学性能也有待进一步提高。刘凡等人的CN109326453A专利公布了一种聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制备方法,该方法采用静电纺丝技术在导电棉纱纺一层聚吡咯的纳米纤维,步骤繁琐,其电化学性能也远达不到本实验的效果。2017年,王秋凡等人的CN108109855A专利公布了一种基于金属丝/棉线/聚合物复合纱线的柔性超级电容器的制备方法,该方法将金属丝与棉线进行混纺得到金属丝/棉线复合纱线,浸渍PEDOT:PSS溶液;再在吡咯溶液中进行电化学沉积使其表面形成聚吡咯,获得纱线形复合电极;将两根纱线形复合电极缠绕组装成线状超级电容器。该方法中采用金属丝与棉线混纺,以提高集流器导电性,金属丝降低了电极柔性,且采用的活性材料为聚吡咯,电镀时层层堆叠,在充放电时无法使其得到充分的反应。这种结构制备的柔性电容器性能远不能和本实验相比。相对于本实验的活性物质,镍钴双氢氧化物由于其合理的介孔孔径分布、高比表面积、镍钴两元素的多价态以及两元素的协同作用等共同作用下,使得镍钴双氢氧化物具有很高的比电容,在各种电化学储能装置中均有着优秀的表现,被认为是一种高性能的电极材料。且高度有序的金属有机框架的加入,使得本发明电极远超于它。两类电极在形貌与电化学机理上有着很大的差别。
鉴于以上缺陷,实有必要提供一种基于安全无污染、柔性、高性能镍正极的可弯折镍锌电池的制备方法。
发明内容
为了很好的解决了以上这些问题,本发明提供了一种可弯折的镍锌电池,该电池具有柔韧性好,电性能高,安全无污染等特点。适用于用作智能可穿戴设备的储能器件。可弯折的镍锌电池采用高性能、高柔性的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极,解决了镍锌电池正负极容量相差大的问题,提高了电池的性能。并且制备的镍锌电池各组件均采用柔韧性好的材料,整体提高了该电池的柔性。
针对现有技术的一些不足,本发明提供了一种高性能纱线状镍正极的制备方法,该电极具有柔韧性好,比容量高,倍率性能和循环稳定性好等特点。利用该电极制备的柔性镍锌电极在可弯折的情况下,依然能够为电子设备供电。
本发明第一方面提供了一种镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极的制备方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一: 室温下,金属(银、锌、铜等)镀层纱线、在0.01-0.5 mol L-1 NiCl2和0.1-8 mol L-1 NH4Cl 的混合溶液中进行电沉积,时间为1-60分钟。完成后将纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的电解液及表面杂质,得到镍/纱线,镀层厚度为2-30μm;
步骤二:将步骤一得到的镍/纱线放入0.01-0.1mol L-1Co(NO3)2·6H2O和0.05-2mol L-12-甲基咪唑的的混合溶液中,沉积上钴基有机金属框架,并在0.005-0.05 mol L-1的硫酸镍溶液中刻蚀生长为镍钴双氢氧化物,即可得到镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极。
本发明第二方面提供了一种可弯折柔性镍锌电池的制备方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一:将隔膜包裹住制备好的镍正极,锌丝作为负极缠绕在膈膜表面,整体置入柔性外壳中,所述柔性外壳为硅胶管,内径为0.1-1.5厘米,外径为0.2-1.8厘米。整体电池直径为0.3-1.8厘米。
步骤二:将0.5-8 mol L-1氢氧化钾溶液和0.1-1 mol L-1乙酸锌溶液混合后,加入50-200g L-1的聚乙烯醇,加热搅拌,得到安全无污染的电解质。用注射器将电解质注入到柔性硅胶管中,两边用热熔胶封住,得到可弯折的镍锌电池。
本发明第三方面提供了一种可弯折柔性镍锌电池在智能可穿戴领域的应用。
有益效果:
本发明公开了一种镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极的制备方法和可弯折柔性镍锌电池的制备方法,本发明的优点为:
1)本发明制备的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极采用有机金属框架承载体,增大了基体的比表面积,从而改善了其比电容,电极和电池的电化学性能大大提升;
2)采用的金属有机框架基体促使镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极结构稳定性好,长期循环使用结构不易坍塌掉落,从而改善循环使用寿命,使得电池整体电性能提升;
3)电池各部件均是柔性的,提升了镍锌电池的柔性,使其在弯折变形的情况下能够为电子设备供电,有利于与服装结合,能够承受人们各类活动使其变形。
附图说明
图1为实施例1制备的纱线镍正极样品和可弯折的镍锌电池的结构图(a是柔性纱线镍正极,b是柔性镍锌电池的结构图)。
图2为实施例1制备的镍/纱线对应的SEM图片。
图3为实施例1制备的纱线镍正极样品对应的SEM图片。
图4为实施例2制备的纱线镍正极样品对应的SEM图片
图5为实施例1制备的镍钴双氢氧化物/c镍正极的电性能测试(a为循环伏安曲线图,b为充放电循环曲线图)。
图6为实施例1制备的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极和锌丝在水性电解质中的电性能测试(a为循环伏安曲线图,b为充放电循环曲线图)。
图7为实施例1制备的可弯曲柔性镍锌电池的实际应用测试(a为电池在正常状态下为LED灯供能,b为电池在弯曲变形条件下为LED灯供能)。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池制备方法,该方法包括以下步骤:
(1)将裁剪好的镀银尼龙纱线先在0.1 mol L-1 NiCl2和2 mol L-1 NH4Cl 的混合溶液中预先浸泡 10 min,然后转到电化学装置中,采用三电极体系,以镀银尼龙纱线为工作电极,石墨板为对电极,参比电极为饱和甘汞电极,室温下电沉积1200秒。完成后将纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的电解液及表面杂质,得到镍/纱线,其表面镍层厚度为26μm;
(2)先将0.4 mol L-1的2-甲基咪唑和0.05 mol L-1Co(NO3)2·6H2O溶液快速混合并搅拌,然后将上述得到的镍/纱线放入该混合溶液中,室温下进行水相反应,使钴基金属有机框架原位沉积在镍层表面。反应结束后将纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的溶液及表面杂质,得到金属有机框架/镍/纱线。
(3)将步骤(2)得到的样品放入0.016mol L-1NiSO4·6H2O溶液中,在室温下反应1.5小时,取出清洗干燥,得到镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极;
(4)将隔膜包裹住制备好的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极,锌丝作为负极缠绕在膈膜表面,如图1(b),整体置入柔性硅胶管中,然后将6mol L-1氢氧化钾溶液和0.2mol L-1乙酸锌溶液混合后,取10mL混合溶液,加入50mL的100g L-1聚乙烯醇,加热搅拌,得到电解质。用注射器将电解质注入带柔性硅胶管中,两边用热熔胶封住,得到可弯折的镍锌电池。
以实施例1制备的镍正极具有柔性且性能优异。如图1(a)所示,该电极柔软,可任意弯折,且体积小,可组装任意大小的柔性镍锌电池。以实施例1制备的可弯折镍锌电池结构如图1(b)所示,隔膜包裹着高性能镍正极,锌负极紧密缠绕在隔膜表面,整体置入柔性硅胶管中,注入电解质,封装后得到可弯折的镍锌电池。
图2为镍/纱线的表面结构,表面的镍层呈现出凹凸不平的形貌,作为后续物质的附着层,不仅提高了导电性,而且与钴基金属有机框架形成互锁,增强了附着性,使得制备的镍正极稳定性及电性能增加。
图3为镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极的表面结构,从(a),(b)中可以看出,纱线表面被沉积上了高度有序的镍钴双氢氧化物活性物质。这种结构由金属有机框架作为牺牲模板而提供,极大的增大了表面积,能够使活性物质与电解质充分的接触,从而大幅度提升该电极的电化学性能。
在浓度为1mol L-1的KOH溶液中,研究本发明实施例(1)所制得的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极的电化学性能,具体过程如下:
采用标准的三电极体系,将镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极作为工作电极,放入1mol L-1KOH溶液中,汞/氧化汞电极作为参比电极,铂片电极作为对电极,在0-0.6V电势范围内,以扫速为 1、2、5、8、10 mV s-1下测试线性扫描伏安曲线;在0-0.5电压范围内,以5mAcm-1的电流密度对其进行循环充放电测试,测试其电池电化学性能,电极容量以及循环稳定性。
图5为镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极的电性能测试曲线,图5(a)探究了该电极分别在 1、2、5、8、10 mV s-1扫描速率下的循环伏安(CV)曲线,出现了一对氧化还原峰,对应镍钴双氢氧化物的氧化还原。随着扫描速率的增加,CV曲线形状保持得很好,峰值位置只发生了轻微的变化,并且可以观察到极高的电流密度,说明该电极具有优越的功率输出性能,是一个相对稳定的电化学反应过程。这也得益于镍层的存在,不仅作为集流器提供了导电性,其结构还能使金属有机框架紧密结合在纱线上。图5(b)为该电极的循环性能测试曲线,在重复测试过程中,其比电容有所减小,500次充放电容量保持率为80%,1200次充放电容量保持率为70%,损耗小,表明该电极材料具有良好的电化学循环稳定性。证实了高性能柔性镍正极的成功制备。
图6(a)为镍锌电池在水系电解质中的循环伏安曲线,该曲线的氧化还原峰明显,表现出了电池的电化学行为,峰值电流密度大。证明电池的优异性能。图6(b)为镍锌电池的循环性能测试曲线。可以看出,500次充放电循环后容量保持率为70%;4500次充放电循环后容量保持率为46%。该电池表现出了优异的循环稳定性。
图7(a),(b)展示了可弯折的柔性电池在实际中的应用,它能够持续为LED灯供能,并且在弯曲变形的情况下,小灯亮度没有出现变化。说明该镍锌电池具有优异的柔性,能实现各种弯折变形。
实施例2
一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池制备方法,但电沉积少量的镍层,探究其结果。该方法包括以下步骤:
(1)将裁剪好的镀银尼龙纱线先在0.1 mol L-1 NiCl2和2 mol L-1 NH4Cl 的混合溶液中预先浸泡 10 min,然后转到电化学装置中,采用三电极体系,以镀银尼龙纱线为工作电极,石墨板为对电极,参比电极为饱和甘汞电极,室温下电沉积100秒。完成后将纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的电解液及表面杂质,得到镍/纱线,其表面镍层厚度为3μm;
(2)先将0.4 mol L-1的2-甲基咪唑和0.05 mol L-1Co(NO3)2·6H2O溶液快速混合并搅拌,然后将上述得到的镍/纱线放入该混合溶液中,室温下进行水相反应,使钴基金属有机框架原位沉积在镍层表面。反应结束后将纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的溶液及表面杂质,得到金属有机框架/镍/纱线。
(3)将步骤(2)得到的样品放入0.016mol L-1NiSO4·6H2O溶液中,在室温下反应1.5小时,取出清洗干燥,得到镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极;
(4)将隔膜包裹住制备好的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极,锌丝作为负极缠绕在膈膜表面,如图1(b),整体置入柔性硅胶管中,然后将6mol L-1氢氧化钾溶液和0.2mol L-1乙酸锌溶液混合后,取10mL混合溶液,加入50mL的100g L-1聚乙烯醇,加热搅拌,得到电解质。用注射器将电解质注入带柔性硅胶管中,两边用热熔胶封住,得到可弯折的镍锌电池。
以实施例2制备得到的镍锌电池,柔性和实施例1制备的镍锌电池相同,仍然可以进行各种弯曲变形。但由于镍层电镀时间的减少,使得后续的活性物质无法附着在镍层表面,如图4(a),(b)所示,活性物质在基体表面存在裂缝,并且排列杂乱,附着性不好,不利于镍正极电性能的提升。并且镍层的减少影响了该镍正极的导电性。使得镍正极的电化学性能大幅度减小。制备的镍锌电池容量和循环性能较差。
实施例3
一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池制备方法,但降低了步骤(2)中的溶液浓度,探究其结果。该方法包括以下步骤:
(1)将裁剪好的镀银尼龙纱线先在0.1 mol L-1 NiCl2和2 mol L-1 NH4Cl 的混合溶液中预先浸泡 10 min,然后转到电化学装置中,采用三电极体系,以镀银尼龙纱线为工作电极,石墨板为对电极,参比电极为饱和甘汞电极,室温下电沉积1200秒。完成后将纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的电解液及表面杂质,得到镍/纱线,其表面镍层厚度为26μm;
(2)先将0.2 mol L-1的2-甲基咪唑和0.025 mol L-1Co(NO3)2·6H2O溶液快速混合并搅拌,然后将上述得到的镍/纱线放入该混合溶液中,室温下进行水相反应,使钴基金属有机框架原位沉积在镍层表面。反应结束后将纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的溶液及表面杂质,得到金属有机框架/镍/纱线。
(3)将步骤(2)得到的样品放入0.016mol L-1NiSO4·6H2O溶液中,在室温下反应1.5小时,取出清洗干燥,得到镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极;
(4)将隔膜包裹住制备好的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极,锌丝作为负极缠绕在膈膜表面,如图1(b),整体置入柔性硅胶管中,然后将6mol L-1氢氧化钾溶液和0.2mol L-1乙酸锌溶液混合后,取10mL混合溶液,加入50mL的100g L-1聚乙烯醇,加热搅拌,得到电解质。用注射器将电解质注入带柔性硅胶管中,两边用热熔胶封住,得到可弯折的镍锌电池。
以实施例3制备得到的镍锌电池,柔性和其他实施例制备的镍锌电池相同,仍然可以进行各种弯曲变形。但步骤(2)中的溶液浓度均减少了,使得有机金属框架在镍层上沉积量大大降低,进而影响了镍钴双氢氧化物的生成。随着活性物质的减少,镍正极的电化学性能降低。制备的柔性镍锌电池的容量也被大大降低。
实施例4
一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池制备方法,该实施例降低了镍钴双氢氧化物生长的溶液浓度,探究其镍正极及电池性能。该方法包括以下步骤:
(1)将裁剪好的镀银尼龙纱线先在0.1 mol L-1 NiCl2和2 mol L-1 NH4Cl 的混合溶液中预先浸泡 10 min,然后转到电化学装置中,采用三电极体系,以镀银尼龙纱线为工作电极,石墨板为对电极,参比电极为饱和甘汞电极,室温下电沉积1200秒。完成后将纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的电解液及表面杂质,得到镍/纱线,其表面镍层厚度为26μm;
(2)先将0.4 mol L-1的2-甲基咪唑和0.05 mol L-1Co(NO3)2·6H2O溶液快速混合并搅拌,然后将上述得到的镍/纱线放入该混合溶液中,室温下进行水相反应,使钴基金属有机框架原位沉积在镍层表面。反应结束后将纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的溶液及表面杂质,得到金属有机框架/镍/纱线。
(3)将步骤(2)得到的样品放入0.004mol L-1NiSO4·6H2O溶液中,在室温下反应1.5小时,取出清洗干燥,得到镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极;
(4)将隔膜包裹住制备好的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极,锌丝作为负极缠绕在膈膜表面,如图1(b),整体置入柔性硅胶管中,然后将6mol L-1氢氧化钾溶液和0.2mol L-1乙酸锌溶液混合后,取10mL混合溶液,加入50mL的100g L-1聚乙烯醇,加热搅拌,得到电解质。用注射器将电解质注入带柔性硅胶管中,两边用热熔胶封住,得到可弯折的镍锌电池。
以实施例4制备得到的镍锌电池,依然具备极好的柔韧性,可以进行各种弯曲变形。但步骤(3)中的NiSO4·6H2O溶液浓度大降低,为0.004mol L-1,使得镍钴双氢氧化物生长不良,活性物质大大减少。影响了镍正极的电化学性能,电极容量大幅度降低,制备的柔性镍锌电池容量随之降低。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种高性能柔性镍正极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:室温下,金属镀层纱线在0.01-0.5 mol L-1 NiCl2和0.1-8 mol L-1 NH4Cl 的混合溶液中进行电沉积,时间为1-60分钟;完成后将金属镀层纱线取出,用蒸馏水清洗表面,除去残留的电解液及表面杂质,得到镍/纱线;步骤二:将步骤一得到的镍/纱线放入钴盐和有机化合物的混合溶液中,沉积上钴基有机金属框架,并在硫酸镍溶液中刻蚀生长为镍钴双氢氧化物,即可得到镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极。
2.根据权利要求1所述的一种高性能柔性镍正极的制备方法,其特征在于,所述的钴盐为Co(NO3)2·6H2O,浓度为0.01- 0.1mol L-1;有机化合物为2-甲基咪唑,浓度为0.05-2molL-1;硫酸镍溶液的浓度为0.005-0.05mol L-1
3.根据权利要求1所述的一种高性能柔性镍正极的制备方法,其特征在于,所述的金属镀层纱线的镀层金属为银、锌或铜,镀层厚度为2-30μm。
4.一种如权利要求1-3之一所述的制备方法制备的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极。
5.一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:通过隔膜,将权利要求4的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极和锌负极结合起来并置入柔性外壳;制备电解质并注入,进行封装后得到可弯折的镍锌电池;
步骤一:将隔膜包裹住制备好的镍钴双氢氧化物/镍/纱线镍正极,锌丝作为负极紧密缠绕在膈膜表面,整体置入柔性外壳中,所述柔性外壳为硅胶管,内径为0.1-1.5厘米,外径为0.2-1.8厘米,整体电池直径为0.3-1.8厘米;步骤二:将一定浓度的氢氧化钾溶液和乙酸锌溶液混合后,加入聚乙烯醇,加热搅拌,得到电解质;用注射器将电解质注入到柔性硅胶管中,两边用热熔胶封住,得到可弯折的镍锌电池。
6.根据权利要求5所述的一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池的制备方法,其特征在于,所述的氢氧化钾溶液的浓度为0.5-8 mol L-1,乙酸锌溶液的浓度为0.1-2 mol L-1
7.根据权利要求5所述的一种基于高性能镍正极的可弯折镍锌电池的制备方法,其特征在于,所述的聚乙烯醇的浓度为50-200g L-1
8.一种如权利要求5-7之一所述的的制备方法制备的可弯折镍锌电池。
9.一种权利要求8所述的可弯折柔性镍锌电池在智能可穿戴领域的应用。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5384017A (en) * 1992-03-05 1995-01-24 Sorapec S.A. Method of producing metal hydroxides
CN107597141A (zh) * 2017-08-22 2018-01-19 安徽师范大学 钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料及其制备方法以及氨硼烷催化分解方法
CN110268553A (zh) * 2016-12-20 2019-09-20 纳米技术仪器公司 柔性且形状适形的线缆型碱金属电池
CN110911174A (zh) * 2019-12-23 2020-03-24 中国矿业大学 一种NiCo-LDH纳米材料的制备方法及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5384017A (en) * 1992-03-05 1995-01-24 Sorapec S.A. Method of producing metal hydroxides
CN110268553A (zh) * 2016-12-20 2019-09-20 纳米技术仪器公司 柔性且形状适形的线缆型碱金属电池
CN107597141A (zh) * 2017-08-22 2018-01-19 安徽师范大学 钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料及其制备方法以及氨硼烷催化分解方法
CN110911174A (zh) * 2019-12-23 2020-03-24 中国矿业大学 一种NiCo-LDH纳米材料的制备方法及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴茂琪: "纱线状镍电极及柔性镍锌织物电池的制备与性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》, pages 042 *

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