[发明专利]一种水系电池集流体、正极、柔性电池及其制备和应用

说明书

本发明属于水系电池技术领域，具体公开了一种水系电池集流体，包含碳材料，以及镶嵌在碳材料表面的粘土材料；本方还提供了一种所述的水系电池集流体的制备方法，将质量比为60～75:25～40的聚合物、粘土材料分散在溶剂中，得纺丝液；将纺丝液进行静电纺丝；得粘土材料@聚合物膜材；将粘土材料@聚合物膜材在保护气氛下、400℃～600℃下煅烧，制得所述的水系电池集流体。本发明还公开了所述的集流体的应用以及包含所述集流体的正极，装载有所述正极的柔性水系电池。本发明所述的材料，通过碳、粘土材料的成分以及特殊镶嵌结构的相互协同，可有效改善材料的导电性、亲水性、离子传导性，不仅如此，还能够赋予所述的集流体良好的柔性和机械强度。

技术领域

本发明属于水系电池技术领域；具体涉及一种水系电池集流体、正极材料。

背景技术

随着各行各业的逐渐发展，柔性储能器件在人们的日常生活中占据了越来越多的方面，如可卷曲设备，智能电子设备和可穿戴设备等，同时电化学储能技术中的柔性电子设备技术，也是新一代电化学储能技术重要的发展方向，也得到了社会各界的广泛关注。然而，现有储能器件大多为锂离子电池，其一般采用无水有机溶液为电解液，而有机溶剂通常有毒且易燃,因此在使用过程中,电池存在很大的安全问题。同时锂电池必须在无水无氧环境中制作的苛刻条件使其生产成本进一步增高，这些因素限制了其在大型储能领域的推广。

与昂贵、易燃的锂离子电池相比，水系柔性电池具有其成本低、安全性好、易于组装、环境友好等特点，是极为优秀的绿色环保的柔性电化学储能器件，具备更加广阔的市场前景。

水系电池的研究还处于起步阶段，这主要在于水系电池和传统锂电体系不同，对材料的要求不同，难于将较为成熟的锂电材料直接应用至水系电池中。例如，集流体材料是水系电池重要的组成部分。然而，目前常用的水性电池电极材料的基底材料(集流体)为不锈钢网，钛网等，其在柔性储能设备中，不具有优势，且在长时间使用过程中，容易被电解液腐蚀。

发明内容

本发明针对水系电池集流体存在的不足，本发明第一目的在于，提供了一种水系电池集流体，旨在提供一种具有导电性、亲水性、良好柔性的集流体材料。

本发明第二目的在于，提供所述的兼顾亲水性和导电性的水系电池集流体的制备方法。

本发明第三目的在于，提供所述的水系电池集流体在水系电池、特别是在柔性水系电池中的应用。

本发明第四目的在于，提供包含有所述集流体的水系电池正极。

本发明第五目的在于，提供包含有所述的正极的水系电池。

一种水系电池集流体，包含碳材料，以及镶嵌在碳材料表面的粘土材料。

现有水系电池集流体主要为不锈钢网、钛网等，存在较多缺陷。基于该技术问题，本发明创新地提供了一种全新的水系电池集流体，其以碳为基底，且在该基底的表面镶嵌(锚定并裸露在基底表面)有粘土材料，通过碳、粘土材料的成分以及特殊镶嵌结构的相互协同，可有效改善材料的导电性、亲水性、离子传导性，不仅如此，还能够赋予所述的集流体良好的柔性和机械强度。

本发明所述的集流体材料，为碳材料为基底，且其表面镶嵌且裸露有粘土材料的颗粒(颗粒一部分进入碳材料中，一部分裸露在表面)是赋予材料性能的关键。通过所述的物质以及粘土材料裸露在碳材料表面的形貌特性，可以赋予材料良好的柔性、导电性和亲水性要求，同时可以协同提升碳基底的机械强度，在提升体系离子传导速率，提升容量的同时，有着很好的可加工性能，期望用于不同形状的水系电池。

本发明所述的水系电池集流体为柔性水系电池集流体。

作为优选，所述的水系电池集流体，为由碳材料的纤维交互形成的层状材料；且所述的碳材料的纤维表面裸露有粘土材料颗粒。研究发现，该有镶嵌有粘土材料的碳材料交互形成的网状材料可以进一步协同提升材料的性能。