[发明专利]一种纤维状水系二次电池一体化工业级制备方法

权利要求书

1.一种纤维状水系二次电池的一体化工业级制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）电极浆料的配制：将聚合物粘结剂、碳纳米导电材料、金属粒子导电剂、电极活性材料按照一定配比经机械搅拌获得可纺电极浆料，正、负极浆料除了电极活性材料不同，其他组分配方一致；

（2）水系凝胶电解质纺丝原液的配制：将锂盐溶于聚合物高分子水溶液中得到具有一定粘度的水系凝胶电解质纺丝原液；

（3）一体化连续构建：采用多孔复合喷丝板将正、负极浆料和水系凝胶电解质纺丝原液同时挤入凝固浴中，利用凝固浴使凝胶电解质和两根纤维电极同时成型，凝胶电解质同时起到隔膜的作用，实现纤维状水系二次电池的一体化连续制备；其中，多孔复合喷丝板中每个组件单元由两个相同的平行内通道和包含平行内通道的外部通道组成；两个平行内通道用来实现电极浆料的挤出成型，而包含两个平行通道的外部通道用来实现水系凝胶电解质的挤出成型；

（4）后牵伸处理：通过连续多级牵伸技术对成型后的纤维状水系二次电池样品进行牵伸；

（5）干燥与封装：先将牵伸后的纤维状水系二次电池样品多次水洗后部分烘干，再使用连续化涂敷对部分烘干后纤维状水系二次电池样品进行在线封装，得到纤维状水系二次电池。

2.如权利要求1所述的一体化工业级制备方法，其特征在于，步骤（1）中，聚合物粘结剂选自羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯酸脂类、聚乙二醇、丁苯橡胶或聚四氟乙烯中的一种或多种；碳纳米导电材料为碳纳米管和石墨烯；金属粒子导电剂选自纳米银或纳米铜中的一种；正极材料选自金属氧化物MnO₂、LiMnO₂、Na_0.44MnO₂或聚阴离子化合物LiFePO₄中的一种；负极材料选自金属氧化物TiO₂、 Li₄Ti₅O₁₂，或聚阴离子化合物LiTi₂(PO₄)₃、NaTi₂(PO₄)₃，或金属粒子纳米锌中的一种。

3.如权利要求2所述的一体化工业级制备方法，其特征在于，步骤（1）中，以电极浆料中的固体总量为100%计，聚合物粘结剂含量为3-12 wt%；碳纳米管含量为30-65wt%，石墨烯含量为0-5wt%；金属粒子导电剂的含量为0-7wt%；正极材料或负极材料的含量独立的为20-50wt%。

4.如权利要求1所述的一体化工业级制备方法，其特征在于，步骤（1）中，电极浆料中，溶剂为水，电极浆料的固含量为20-40wt%，电极浆料的粘度为12000-20000 mPa.s。

5.如权利要求1所述的一体化工业级制备方法，其特征在于，步骤（2）中，聚合物高分子选自壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠或聚乙二醇中的一种或几种；锂盐选自高氯酸锂、氯化锂、硫酸锂或硝酸锂中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的一体化工业级制备方法，其特征在于，步骤（2）中，水系凝胶电解质纺丝原液的粘度为6000-11000 mPa.s。

7.如权利要求1所述的一体化工业级制备方法，其特征在于，步骤（3）中，多孔复合喷丝板中每个组件单元的外部通道的内径为1-2.5 mm，两个平行内通道外壁之间距离保持与内通道外壁和外通道的内壁之间沿直径方向距离相等，同时内外通道的直径比在1/5-2/5。

8.如权利要求1所述的一体化工业级制备方法，其特征在于，步骤（3）中，水系凝胶电解质纺丝原液和电极浆料的相对挤出速率为1/0.05-1/0.5。

9.如权利要求1所述的一体化工业级制备方法，其特征在于，步骤（4）中，牵伸倍率为1-10倍。

10.如权利要求1所述的一体化工业级制备方法，其特征在于，步骤（5）中，通过鼓风干燥对纤维水系二次电池的水凝胶纤维中的水分进行部分干燥，其水含量控制在30 wt%-60wt%，控制纤维水系二次电池的直径在200-600μm之间；使用聚氨酯封装胶、PEFE乳液，PVDF乳液中的一种或多种，对纤维水系二次电池进行原位连续化在线封装，封装后的纤维水系二次电池的直径在400-800 μm之间。