一种织物形态的聚合物电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种织物形态的聚合物电池及其制备方法，属于电池技术领域。本发明专利技术是以非导电的织物为柔性基材，再在基材上聚合沉积导电高分子，获得导电布，然后用此导电布做电池两电极并与电解质层组装成电池。本发明专利技术的制备方法其条件易控，操作简单，原料成本低，能量消耗少，适于大规模工业化成产。本发明专利技术制备的织物形态聚合物电池不仅质轻，结构简单，具有极好的柔性，无污染，安全性高而且电池比电容高，循环稳定性好，充电速率快。该电池可以运用在一些柔性电子产品和可穿着的电子服装。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种织物形态聚合物电池及其制备方法，属于电池
技术背景可穿着电子智能纺织品被认为是未来纺织行业高端化、智能化的重要发展方向。 柔软、轻质的储能器件是智能纺织品的关键元件。传统储能器件如电池的非柔性结构，难以满足智能纺织品的应用需求。因此，研制织物化的柔性换能/储能设备成为开发智能纺织品面临的重要任务。近年来，纸质柔性电池的研究受到了人们的广泛关注。芬兰ENFUCELL公司研制出了价格低廉的超薄纸质电池，由一面镀锌、另一面镀二氧化锰的薄层纸片组装而成，其厚度不到O. 5毫米。然而，这种电池属于不可再充电的一次电池，无法多次循环使用。瑞典乌普萨拉大学Nyholm等人将聚吡咯(PPy)包覆在自制的海藻纤维素纸上作为电极，以浸过氯化钠水溶液的滤纸为电解质，制得了超轻、超快的纸电池，几秒钟即可完成充电。斯坦福大学 Cui等人以商业化的纸为基底，通过简单的涂膜技术制得了碳纳米管/纸复合材料，作为电极组装成的纸质锂离子电池厚度仅300 μ m左右，能量密度达到108mW/g。以纸为电极基底的柔性电池虽然具有一定的弯曲性能，但其拉伸性能非常有限，达不到可穿着电子的要求。 织物主要是由天然纤维或合成纤维经机织或冲压而成，具有结构多孔、柔性耐拉伸的特点， 能够负载大量的电活性物质，被认为是制备可穿着电源的理想基底材料。特别是棉织物具有特殊的多层次结构纤维素首先在分子内和分子间形成大量氢键，进而构成刚性的不溶性微纤丝；在微纤丝形成过程中，有的区域中葡聚糖长链沿分子长轴平行排列，呈现一定的规律，形成高度有序的结晶区，其间又夹杂很多无序结构，形成交织的无定形区；多根微纤丝聚集成原纤维以及棉纤维。这种结构有利于棉纤维吸收大量的水或其它极性溶剂(如单体、电解液)，促进电极材料与电解质的接触，从而提高其电化学性能。导电聚合物如聚吡咯、聚噻吩等由于原料易得、生物毒性小、导电性高、理论比电容大、能量密度高和快充放电特性，而深受研究者的重视，成为柔性可穿着电池电极材料的研究热点，但目前还存在着比电容较低、循环稳定性较差的问题。
技术实现思路
针对上述存在问题，本专利技术的目的是提供一种织物形态电池及其制备方法，其技术解决方案为一种织物形态的聚合物电池，所述的电池由导电布(I)、导电布⑵及织物电解质层⑶构成，导电布(I)、导电布(2)分别位于织物 电解质层的上方和下方，导电布(I)、导电布⑵和织物电解质层(3)由聚合物膜封装形成整体，导电布(I)、导电布(2)分别为电池的正负两极。所述的织物是棉织物或毛织物或丝织物或麻织物或涤纶织物或腈纶织物或锦纶织物其中的一种。所述的导电高分子是聚吡咯，聚苯胺，聚噻吩其中的一种。所述制备方法采用以下步骤加工制备a在室温条件下，将氧化剂与去离子水配制成浓度为O. lmol/L O. 5mol/L的氧化引发溶液；其中，氧化剂为三氯化铁或过硫酸铵其中的一种。 将聚合物单体、掺杂剂，表面活性剂和去离子水配成单体混合溶液，备用。其中，聚合物单体的浓度为0.2mol/L 1. Omol/L，掺杂剂浓度为O. 01mol/L 1.0mol/L,表面活性剂浓度为0. 0001mol/L 0. 001mol/L,聚合物单体为吡咯或苯胺或噻吩其中的一种，掺杂剂为十二烷基苯磺酸钠或甲苯磺酸或烷基萘磺酸钠或樟脑磺酸其中的一种，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，十二烷基二甲基苄基溴化铵其中的一种。b导电布的制备将洗净的织物浸泡于单体溶液中lh，并在磁力搅拌器上进行搅拌，再向其中缓慢滴加氧化引发溶液，滴完后，继续搅拌2h 4h。c洗净烘干将经步骤c处理后的织物分别用无水乙醇和蒸馏水洗净，再在50°C条件下干燥 Ih0d织物电解质层的 制备将无纺布浸泡在lmol/L 2mol/L的电解质溶液中Ih,取出晾至无自由水滴下，电解质溶液可以是氯化钠溶液或氯化钾溶液或盐酸其中的一种。e电池的组装将步骤c制得的导电织物电极材料和步骤d制得织物电解质层组装成电池，并用聚合物膜封装，形成织物形态的聚合物电池。由于采用了以上的技术方案获得的导电高分子在织物上均匀附着，而且负载量大，附着力强，聚合物晶体尺寸能达到IOOnm左右，而且具有均匀的孔隙结构，有利于掺杂离子的嵌入和脱出过程，既而电极材料具有良好的充放电性能，见图2。本专利技术制得的织物形态的聚合物电池不仅质轻，结构简单，具有极好的柔性，无污染，安全性高而且电池比电容高，电容很稳定，充电速率非常快，单次充电最快只需约5min，见图3，电池比容量稳定在51. 7mAh/g。本专利技术制得的织物形态的聚合物电池轻便，美观，环保，具有极好的柔性，可以运用在一些柔性电子产品和可穿着的电子服装领域，能减轻工作人员在特殊环境下的负担，提高了工作效率，提高工作服的使用寿命。附图说明附图1为本专利技术的织物形态聚合物电池示意图。附图2为本专利技术获得导电高分子聚吡咯在织物棉织物上的扫描电镜照片。附图3为本专利技术的织物形态聚合物电池充放电测试曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一种制备织物形态聚合物电池的方法作进一步详细描述，见附图。—种织物形态的聚合物电池，所述的电池由导电布1、导电布2及织物电解质层3 构成，导电布1、导电布2分别位于织物电解质层的上方和下方，导电布1、导电布2和织物电解质层3由聚合物膜封装形成整体，导电布1、导电布2分别为电池的正负两极。所述的织物是棉织物或毛织物或丝织物或麻织物或涤纶织物或腈纶织物或锦纶织物其中的一种。所述的导电高分子是聚吡咯，聚苯胺，聚噻吩其中的一种。一种制备织物形态聚合物电池的方法，制备织物形态聚合物电池的方法按以下步骤进行a织物预处理 将日常用的织物剪成5cmX 5cm或6cmX 6cm大小，修整毛边，织物是棉织物或毛织物或丝织物或麻织物或涤纶织物或腈纶织物或锦纶织物其中的一种。在将织物用处理液在50°C 80°C下煮lh，用蒸馏水洗净，在50°C烘箱中烘干。处理液为碳酸钠与净洗剂混合水溶液，碳酸钠3与净洗剂质量比为3 : 5 3 : 8。b溶液的配置在室温条件下，将氧化剂和去离子水配成浓度为O. lmol/L O. 5mol/L氧化引发溶液，氧化剂为三氯化铁或过硫酸铵其中的一种。将分析纯的聚合物单体在135°C下加热蒸馏，得到纯净的单体，再将聚合物单体与掺杂剂,表面活性剂和去离子水配成单体混合溶液,并搅拌至体系成乳白色,其中，单体的浓度为O. 2mol/L 1. Omol/L，掺杂剂浓度为O. 5mol/L 1. Omol/L，表面活性剂浓度为 0. 0001mol/L 0. 001mol/L。聚合物单体为吡咯或苯胺或噻吩其中的一种，掺杂剂为十二烷基苯磺酸钠或甲苯磺酸或烷基萘磺酸钠或樟脑磺酸其中的一种，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基二甲基苄基氯化铵，十二烷基二甲基苄基溴化铵其中的一种。c导电布的制备将经步骤a处理后的织物浸泡于IOOmL单体溶液中lh，并在磁力搅拌器上进行搅拌，再向其中缓慢滴加氧化引发溶液，滴完后，继续搅拌2h 4h。d洗净烘干将经步骤c处理后的织物分别用无水乙醇和蒸馏水洗净至溶液没有泡沫和黑色固体颗粒脱落，再在50°C条件下干燥lh。e电解质层的制备将无纺布浸泡在lmol/L 2mol/L的电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种织物形态的聚合物电池，其特征在于：所述的聚合物电池由导电布(1)、导电布(2)及织物电解质层(3)构成，导电布(1)、导电布(2)分别位于织物电解质层的上方和下方，导电布(1)、导电布(2)和织物电解质层(3)由聚合物膜封装形成整体，导电布(1)、导电布(2)分别为聚合物电池的正负两极。

【技术特征摘要】
1.一种织物形态的聚合物电池，其特征在于所述的聚合物电池由导电布(I)、导电布(2)及织物电解质层(3)构成，导电布(I)、导电布(2)分别位于织物电解质层的上方和下方，导电布(I)、导电布(2)和织物电解质层(3)由聚合物膜封装形成整体，导电布(I)、导电布(2)分别为聚合物电池的正负两极。2.如权利要求1所述的一种织物形态聚合物电池，其特征在于所述的织物是棉织物或毛织物或丝织物或麻织物或涤纶织物或腈纶织物或锦纶织物其中的一种。3.如权利要求1所述的一种织物形态聚合物电池，其特征在于所述的导电高分子是聚吡咯或聚苯胺或聚噻吩其中的一种。4.一种织物形态聚合物电池的制备方法，其特征在于所述制备方法采用以下步骤加工制备a在室温条件下，将氧化剂与去离子水配制成浓度为O. lmol/L O. 5mol/L的氧化引发溶液；其中，氧化剂为三氯化铁或过硫酸铵的一种；将聚合物单体、掺杂剂，表面活性剂和去离子水配成单体混合溶液，备用；其中，聚合物单体的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：许杰，祝立根，徐卫林，柏自奎，方东，王运利，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：