【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池纤维的制备领域，具体地说是涉及一种同轴纺丝可拉伸制备电池纤维的方法。
技术介绍
1、随着软电子技术的快速发展，具有超机械柔韧性、可拉伸性和安全性的可穿戴储能技术在电动皮肤、人造肌肉、软机器人、医疗保健和康复设备等领域的应用也备受追捧。在各种金属离子电池(如锂、钠、钙、锌和铝)中，水性锌离子电池(zibs)由于其固有的安全性和高理论容量而引起了人们的特别关注。为了获得机械柔韧性，柔性碳布与活性纳米材料(如还原性氧化石墨烯、mno2和v2o5)固定在电极上。高分子水凝胶(如纤维素、聚乙烯醇(pva)、聚丙烯酰胺(pam))也被引入作为可拉伸电解质。但在大多数情况下，这些柔性zibs是平面结构，因此可能缺乏一维(1d)对应物的许多公认的优点(例如，可纺性、可编织性和对透气纺织品的适应性)。
2、事实上，纤维zibs的制备已经有一些方式。例如，ma通过层压两根预先设计的纤维作为电极，然后密封到塑料管中来生产电缆型zn-mno2。zhi在碳纳米管纱的基础上，经过浸涂、电沉积、纤维加捻、硅包封的顺序工艺，设计了弹性防水纱zibs。郭没有使用商业纤维，而是尝试旋转复合纤维作为电极。然后将纺丝电极包裹在棉织物中，浸泡在电解液中，并封装在塑料管中，从而生产出1d zibs。以上方法存在制备流程复杂等问题，而且所制得的1dzibs在防水、可剪切等性能方面有待于进一步改进。
技术实现思路
1、基于上述技术问题，本专利技术提出一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法。
3、一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，包括以下步骤：
4、(1)配制壳层溶液、中间层溶液、粘性复合油墨阴极核层溶液和粘性复合油墨阳极核层溶液；
5、(2)将步骤(1)配制的溶液作为纺丝原液，采用湿法纺丝，配合光照聚合，一步制备出一维电池纤维。
6、优选的，湿法纺丝中采用同轴四孔针头，纺丝原液经同轴四孔针头后，再进入凝固浴，在凝固浴的上方设置有紫外灯，经凝固浴后凝固形成电池纤维；
7、所述电池纤维包括平行的阴极核层和阳极核层，在阴极核层和阳极核层的外侧设置有壳层，在壳层和阴极核层、阳极核层之间设置有中间层；
8、其中，粘性复合油墨阴极核层溶液经纺丝聚合后对应形成电池纤维的阴极核层，粘性复合油墨阳极核层溶液经纺丝聚合后对应形成电池纤维的阳极核层，中间层溶液经纺丝聚合后对应形成电池纤维的中间层，壳层溶液经纺丝聚合后对应形成电池纤维的壳层。
9、优选的，所述同轴四孔针头上设置有阴极核层针孔、阳极核层针孔、中间层针孔和壳层针孔，阴极核层针孔的进口通过第一管道与第一纺丝罐连接，阳极核层针孔的进口通过第二管道与第二纺丝罐连接，中间层针孔的进口通过第三管道与第三纺丝罐连接，壳层针孔的进口通过第四管道与第四纺丝罐连接；
10、在第一管道、第二管道、第三管道和第四管道上均设置有注射泵；
11、阴极核层针孔、阳极核层针孔、中间层针孔和壳层针孔的出口处于同轴四孔针头的同一端，纺丝原液经同轴四孔针头喷出后进入凝固浴中。
12、优选的，所述同轴四孔针头中阴极核层针孔和阳极核层针孔的直径均为0.22～0.60mm，中间层针孔直径为1.42～1.80mm，壳层针孔的直径为2.39～2.77mm。
13、优选的，通过注射泵控制壳层溶液、中间层溶液、粘性复合油墨阴极核层溶液和粘性复合油墨阳极核层溶液的流速均为0.5ml/h～10ml/h。
14、优选的，所述壳层溶液为高分子溶液，高分子溶液的浓度为10wt％～80wt％；
15、高分子溶液的配制方法如下：将高分子物质加入溶剂中，完全溶解得到；
16、所述高分子物质为苯乙烯类热塑性弹性体(sebs)、热塑性聚氨酯(tpu)、热塑性聚烯烃类弹性体(tpo)或聚酯弹性体(tpee)；所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、乙酸乙酯、正己烷、环己烷、四氢呋喃中的一种或者两种以上的组合。
17、优选的，所述中间层溶液为电解质溶液，电解质溶液的浓度为20wt％～90wt％；
18、电解质溶液中的电解质为导电盐；
19、电解质溶液的配制方法如下：将高分子物质与导电盐溶液混合，得到电解质溶液；
20、高分子物质为聚乙烯醇或明胶；
21、导电盐溶液是将导电盐加入盐酸溶液中配制得到，导电盐为zncl2、mncl2、znso4、mnso4、licl2中的一种或者两种以上的组合。
22、优选的，所述高分子物质与导电盐的质量比为1∶0.5-2；
23、电解质溶液在配制过程中还加入有n,n-亚甲基双丙烯酰胺、四甲基乙二胺、丙烯酰胺和引发剂过硫酸铵，并在90-95℃下加热反应。
24、优选的，粘性复合油墨阴极核层溶液和粘性复合油墨阳极核层溶液的制备方法如下：
25、将碳纳米管(cnt)和/或石墨烯加入水中，然后加入n,n-亚甲基双丙烯酰胺(mba)和引发剂过硫酸铵，超声分散均匀，再加入活性物质，继续超声分散，然后加入羧甲基纤维素钠(cmc-na)，充分搅拌至糊状稠度，再加入丙烯酰胺(am)，搅拌即得；
26、当活性物质采用二氧化锰时，对应制得粘性复合油墨阴极核层溶液；当活性物质采用锌粉时，对应制得粘性复合油墨阳极核层溶液。
27、优选的，所述凝固浴选自无水乙醇、甲醇、异丙醇、盐溶液和去离子水中的一种或两种以上组合。
28、本专利技术的有益技术效果是：
29、本专利技术以粘性复合油墨为核层、高分子为壳层、电解质为中间层，利用同轴湿法纺丝与光聚合相结合的方式，一步制备同轴电池纤维，制备流程简单，制备成本低，而且所制得一维锌离子电池纤维具有高断裂伸长率和良好防水性能、优秀循环性能，并且电池纤维即使被切成短段也能保持其功能。
30、具体地：
31、(1)本专利技术采用同轴湿法纺丝技术配合紫外光照射工艺，一步制备同轴电池纤维，适用于多种高分子基制备同轴电池纤维，操作简单易控，形貌尺寸能精确调控，性能优良。在可纺性、可编织性和对透气性纺织品的适应性等方面具有优势。
32、(2)本专利技术中，将同轴湿纺丝工艺和原位光聚合工艺相结合，通过具有双同心护套的双芯纺丝头，可以纺出可拉伸和可剪切的锌离子电池纤维。所得纤维的拉伸性能可达500％。外层保护层的存在也提供了超强的耐磨性、耐水性和应力性。除了可纺性和可编织成织物外，电池纤维即使被切成短段也能保持其功能。因此，本专利技术还可以提供适用于各种可穿戴设备的耐用储能解决方案。
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1.一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：湿法纺丝中采用同轴四孔针头，纺丝原液经同轴四孔针头后，再进入凝固浴，在凝固浴的上方设置有紫外灯，经凝固浴后凝固形成电池纤维；
3.根据权利要求2所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：所述同轴四孔针头上设置有阴极核层针孔、阳极核层针孔、中间层针孔和壳层针孔，阴极核层针孔的进口通过第一管道与第一纺丝罐连接，阳极核层针孔的进口通过第二管道与第二纺丝罐连接，中间层针孔的进口通过第三管道与第三纺丝罐连接，壳层针孔的进口通过第四管道与第四纺丝罐连接；
4.根据权利要求3所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：所述同轴四孔针头中阴极核层针孔和阳极核层针孔的直径均为0.22～0.60mm，中间层针孔直径为1.42～1.80mm，壳层针孔的直径为2.39～2.77mm。
5.根据权利要求3所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：通过注射泵控制壳层溶液、中间层溶液、粘性复合
6.根据权利要求1所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：所述壳层溶液为高分子溶液，高分子溶液的浓度为10wt％～80wt％；
7.根据权利要求1所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：所述中间层溶液为电解质溶液，电解质溶液的浓度为20wt％～90wt％；
8.根据权利要求7所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：所述高分子物质与导电盐的质量比为1∶0.5-2；
9.根据权利要求1所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于，粘性复合油墨阴极核层溶液和粘性复合油墨阳极核层溶液的制备方法如下：
10.根据权利要求2所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：所述凝固浴选自无水乙醇、甲醇、异丙醇、盐溶液和去离子水中的一种或两种以上组合。
...【技术特征摘要】
1.一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：湿法纺丝中采用同轴四孔针头，纺丝原液经同轴四孔针头后，再进入凝固浴，在凝固浴的上方设置有紫外灯，经凝固浴后凝固形成电池纤维；
3.根据权利要求2所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：所述同轴四孔针头上设置有阴极核层针孔、阳极核层针孔、中间层针孔和壳层针孔，阴极核层针孔的进口通过第一管道与第一纺丝罐连接，阳极核层针孔的进口通过第二管道与第二纺丝罐连接，中间层针孔的进口通过第三管道与第三纺丝罐连接，壳层针孔的进口通过第四管道与第四纺丝罐连接；
4.根据权利要求3所述的一种同轴纺丝拉伸制备电池纤维的方法，其特征在于：所述同轴四孔针头中阴极核层针孔和阳极核层针孔的直径均为0.22～0.60mm，中间层针孔直径为1.42～1.80mm，壳层针孔的直径为2.39～2.77mm。
5.根据权利要求3所述的一种同轴纺丝拉伸制...
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