纤维状可降解锌离子电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种纤维状可降解锌离子电池，从内到外依次为负极材料层锌丝、电解质薄膜、正极薄膜、金纳米颗粒层、壳聚糖基底薄膜以及丝素蛋白封装材料。其中锌丝做为整个电池的支撑，丝素蛋白膜作为封装口袋，集流体包括壳聚糖基底薄膜以及其上所喷镀的金纳米颗粒层，整个电池中各膜可以依据电池主体的长度与总的直径不同制作出长宽不同的膜电解质薄膜为瓜儿豆胶凝胶电解质薄膜，厚度仅为0.25mm。本实用新型专利技术制备工艺简单、制作成本低、材料易得且都不具备危害性，设计简易，在具有可以跟传统电池可媲美的电化学性能的同时，还可适用于各种需要弯曲的场景，且经过一定的触发还可降解，对环境保护及社会经济都具有极佳的适用性。

【技术实现步骤摘要】
纤维状可降解锌离子电池
本技术涉及柔性电池
，具体涉及一种纤维状可降解锌离子电池。
技术介绍
随着社会科技的不断进步，电子设备、电子器件等已经成为人类生活的必需品，它们在通信、教育、国防安全、信息工程、生物医疗等领域发挥着极为重要的作用。然而，随着电子化产品的普及，电子器件被随意丢弃，导致了不可逆的环境污染等问题，同时电子器件中的有害物质大量泄漏，对人类及各种动植物的生存造成了巨大的威胁。传统的电池形状固定，不能满足日益发展的电子产品可随意变形的要求。因此，瞬态柔性电子器件的研究显得尤为重要。瞬态电子学是指在一定条件下，以主动和被动控制的方式部分或完全降解、溶解或分解的最新技术。瞬态电子产品可以使用生物可降解材料，植入人体内部，也可以使用可被环境降解以达到保护环境的目的的非生物可降解材料。生物可降解电子作为临时植入物，在完成其治疗和诊断功能后，可以被身体安全地吸收，从而避免第二次手术的设备检索和减少相关的感染风险，目前例如生物降解缝合线或心血管支架正在适用于临床医学。对于绿色电子产品，消费电子产品或环境监测器引入可降解性材料有望大大缓解电子废物造成的填埋和环境问题（每年约产生超过5000万吨的电子废物)，并消除回收作业过程中产生的相关成本和风险。此外，在信息安全方面，还可以制备可自动销毁的电子器件，防止绝密信息被泄露。目前市面上现有的瞬态锌离子电池结构都较为复杂，且由于设计不合理，不能在植入体内后较好的使用性能，因此急需一种结构简单、设计合理的瞬态锌离子电池来解决上述问题，满足使用要求。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种纤维状可降解锌离子电池，其柔韧性良好、可塑性强、设计合理，能满足多场景的使用需求。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案：纤维状可降解锌离子电池，包括封装膜及其内部固定填充的电池主体部分，所述封装膜为两端敞口的空心圆柱体，电池主体部分呈圆柱形、由内至外依次为负极材料层、固态电解质薄膜、正极活性材料薄膜和集流体，集流体的外侧紧贴封装膜的内壁。所述封装膜的长度与电池主体部分的长度相同，对电池主体部分起到保护作用。所述负极材料层为锌丝，直径为0.3mm，为整个电池提供了良好的支撑效果，增加了电池整体的柔韧性，从最内层减小了电池的总直径，便于电池适用于多种场景，小的直径也提升了电池的降解速度。所述固态电解质薄膜为瓜儿豆胶凝胶薄膜，厚度为0.25mm，大大提高了电池内部的离子传导率，同时使用瓜儿豆胶凝胶作为固态电解质，有效避免了传统电池电解液泄露造成影响；瓜儿豆胶作为食品添加剂使得电池无毒无害，满足在体内外降解的标准。所述正极活性材料薄膜为二氧化锰-聚吡咯薄膜，包覆了聚吡咯的二氧化锰正极材料能有效减少电机/电解液界面的寄生副反应，从而使得制作出的可降解电池具有优异的电化学性能，大大提高电池的循环寿命。所述集流体包括壳聚糖薄膜及其内侧喷镀的金颗粒层，金颗粒层的内侧紧贴正极活性材料薄膜、壳聚糖薄膜的外侧紧贴封装膜的内壁。所述壳聚糖薄膜的厚度为0.4mm，使用壳聚糖薄膜进一步保证了电池整体的可降解性。所述金颗粒层的厚度大于80nm小于100nm，金具有优异的导电性能，且适用于体内及体外降解。所述封装膜为丝素蛋白膜，方便制备，便于根据电池主体部分的长度和总直径制作所需的封装膜尺寸，包覆完成后使用热塑封装机对边缘压制即成型。本技术提供一种纤维状可降解锌离子电池，通过从内到外层层向外扩展组装成为直径为1.5-2mm的纤维状可编织电池，其制备工艺简单、制作成本低、材料易得且都不具备危害性，设计简易，在具有可以跟传统电池可媲美的电化学性能的同时，还可适用于各种需要弯曲的场景，且经过一定的触发还可降解，对环境保护及社会经济都具有极佳的适用性。附图说明图1是电池结构示意图；图2是电池横截面示意图；图3是电池平面展开图；其中，1.负极材料层；2.固态电解质薄膜；3.正极活性材料薄膜；4.金颗粒层；5.壳聚糖薄膜；6.封装膜。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的
技术实现思路
涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本技术可实施的范畴。如图1-图3所示，纤维状可降解锌离子电池，包括封装膜6及其内部固定填充的电池主体部分，封装膜6为两端敞口的空心圆柱体、且其长度与电池主体部分相同，对电池主体部分起到保护作用。电池主体部分呈圆柱形、由内至外依次为负极材料层1、固态电解质薄膜2、正极活性材料薄膜3、集流体，集流体的外侧紧贴封装膜6的内壁。电池的负极材料层1为直径为0.3mm的锌丝，为整个电池提供良好的支撑效果，增加了电池整体的柔韧性，从最内层减小了电池的总直径，便于电池适用于多种场景的应用，小的直径也提升了电池的降解速度。固态电解质薄膜2为瓜儿豆胶凝胶薄膜，厚度为0.25mm，大大提高了电池内部的离子传导率，同时使用瓜儿豆胶凝胶作为固态电解质，有效避免了传统电池电解液泄露造成影响；瓜儿豆胶作为食品添加剂使得电池无毒无害，满足在体内外降解的标准。正极活性材料薄膜3为二氧化锰-聚吡咯薄膜，包覆了聚吡咯的二氧化锰正极材料能有效减少电机/电解液界面的寄生副反应，从而使得制作出的可降解电池具有优异的电化学性能，大大提高电池的循环寿命。集流体包括壳聚糖薄膜5及其内侧喷镀的金颗粒层4，壳聚糖薄膜的厚度为0.4mm，使用壳聚糖薄膜5进一步保证了电池整体的可降解性；金颗粒层的厚度大于80nm小于100nm，金具有优异的导电性能，且适用于体内及体外降解；金颗粒层4的内侧紧贴正极活性材料薄膜3、壳聚糖薄膜5的外侧紧贴封装膜6的内壁。封装膜6为丝素蛋白膜，方便制备，可根据电池主体部分的长度和总直径制作所需的封装膜6尺寸，包覆完成后使用热塑及对边缘压制即可成型。具体使用时，先裁剪好所需长度的负极材料层1锌丝，再将制作好的固态电解质薄膜2包覆与负极材料层1的外侧，随后在壳聚糖薄膜5的内侧喷镀上金颗粒层4，再讲金颗粒层4相对壳聚糖薄膜5的另一侧与正极活性材料薄膜3固定，并将正极活性材料薄膜3固定在固态电解质薄膜2的外侧，完成后将封装膜6包覆与集流体的外侧，用热塑封装机将封装膜6的两侧进行封装，即可完成整个电池的组装。上述虽然结合附图对本技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本技术的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维状可降解锌离子电池，包括封装膜及其内部固定填充的电池主体部分，其特征是，所述封装膜为两端敞口的空心圆柱体，电池主体部分呈圆柱形、由内至外依次为负极材料层、固态电解质薄膜、正极活性材料薄膜和集流体，集流体的外侧紧贴封装膜的内壁。/n

【技术特征摘要】
1.一种纤维状可降解锌离子电池，包括封装膜及其内部固定填充的电池主体部分，其特征是，所述封装膜为两端敞口的空心圆柱体，电池主体部分呈圆柱形、由内至外依次为负极材料层、固态电解质薄膜、正极活性材料薄膜和集流体，集流体的外侧紧贴封装膜的内壁。


2.如权利要求1所述的纤维状可降解锌离子电池，其特征是，所述封装膜的长度与电池主体部分的长度相同。


3.如权利要求1所述的纤维状可降解锌离子电池，其特征是，所述负极材料层为锌丝，直径为0.3mm。


4.如权利要求1所述的纤维状可降解锌离子电池，其特征是，所述固态电解质薄膜为瓜儿豆胶凝胶薄膜，厚度为0.25mm。


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【专利技术属性】
技术研发人员：许冉，乔利，李勇，周俊杰，李雨果，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：新型
国别省市：山东;37