本發(fā)明涉及纖維電池，具體地說，涉及一種偶氮聚合物纖維電極及纖維電池應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、聚合物電極，作為一種新型的電極材料，近年來在能源存儲與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域引起了人們廣泛的關(guān)注。相較于傳統(tǒng)的金屬無機電極，聚合物電極具有靈活的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性、重量輕、元素豐富和環(huán)境友好性。聚合物電極的原材料來源廣泛，無需使用金屬元素，使用輕質(zhì)元素（c、n、o）。聚合物具有可設(shè)計性，因此可以根據(jù)應(yīng)用場景的不同做出最適合該應(yīng)用場景的設(shè)計。聚合物電極具有輕質(zhì)柔性的特點，使其在便攜式電子設(shè)備、可穿戴設(shè)備以及柔性電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。相較于傳統(tǒng)的金屬無機電極，聚合物電極在彎曲、折疊、拉伸等變形過程中，電化學(xué)性能不會受到明顯影響。這使得聚合物電極在柔性電子領(lǐng)域具有得天獨厚的優(yōu)勢，有助于實現(xiàn)高度集成化和多功能化的電子產(chǎn)品。

2、與傳統(tǒng)的大體積或平面結(jié)構(gòu)電池相比，一維纖維形狀電池提供了許多的優(yōu)勢：1)纖維形狀電池與當(dāng)前的紡織工業(yè)表現(xiàn)出高度的兼容性。紗線是當(dāng)前織物的基本元素，纖維狀電池可以被認為是功能性紗線，并編織或針織成能源紡織品。2)纖維狀電池編織或針織的織物具有透氣性，能夠解決大多數(shù)平面結(jié)構(gòu)電池具有像皮革一樣不透氣性的問題。3)纖維狀電池可用于制造各種柔性電源，具有無與倫比的靈活性、兼容性和小型化潛力，提供了多種可能性。

3、隨著智能手表、健康監(jiān)測設(shè)備、智能衣物等產(chǎn)品的發(fā)展，社會迫切需求適配它們的能源器件，纖維電池的柔性和輕便性使其成為該類設(shè)備的理想電源。纖維電池可以與衣物或其他紡織品集成，減少了用戶的異物感，提高了舒適度。在醫(yī)療領(lǐng)域，纖維電池的應(yīng)用為可穿戴醫(yī)療設(shè)備提供了動力，使得持續(xù)監(jiān)測和遠程治療成為可能。這對于慢性病管理、老年人護理和康復(fù)醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、常規(guī)電池具有重量大，不具有結(jié)構(gòu)可設(shè)計性，金屬元素來源有限等缺點。有鑒于此，針對現(xiàn)在常規(guī)無機金屬電極，如何使其匹配更多的基底材料，以及改變電池的宏觀形貌的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種偶氮聚合物材料及其制備的偶氮聚合物纖維電極，及通過偶氮聚合物電極制備出纖維電池，解決目前無機金屬電極的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

3、一種偶氮聚合物纖維電極，由如下方法制得：往偶氮聚合物材料中加入酸液和纖維，在20～75?℃的環(huán)境下反應(yīng)2～7天，得到生長偶氮聚合物的纖維，再用有機溶劑清洗，在20～75?℃下干燥12～72小時得到偶氮聚合物纖維電極；所述偶氮聚合物材料由如下方法制得：將三嗪衍生物和帶有偶氮基團的單體溶解于溶劑中，超聲處理，干燥得到偶氮聚合物材料；所述三嗪衍生物為4,4',4''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯甲醛、4,4',4''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯甲酸三甲酯、4,4',4''-((1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三(氧基))三苯甲醛或4',4''',4'''''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三(([1,1'-聯(lián)苯]-4-甲醛))；所述帶有偶氮基團的單體為4,4'-二羥基偶氮苯或4,4'-二氨基偶氮苯；所述溶劑為三甲苯和乙醇的混合溶液，三甲苯和乙醇的體積比為1：0.5～3.2。

4、作為優(yōu)選的，所述纖維為玻璃纖維、碳纖維、塑料纖維其中至少一種。

5、作為優(yōu)選的，所述有機溶劑為四氫呋喃、丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、二甲基亞砜、n-甲基吡咯烷酮或三氟乙酸。

6、一種偶氮聚合物纖維電池，由如下方法制得：

7、（1）將氫氧化鋰、硫酸亞鐵和磷酸加入第一溶劑中，制備反應(yīng)液；攪拌0.5～6小時后，將纖維加入到反應(yīng)液中，然后進行水熱反應(yīng)；真空抽濾收集纖維，使用第二溶劑對纖維進行清洗，清洗完成后對纖維進行高溫處理，得到正極纖維電極；

8、（2）將所述的偶氮聚合物纖維電極外圍包裹一層聚合物隔膜，然后再將正極纖維電極纏繞在包裹了聚合物隔膜的偶氮聚合物纖維電極外側(cè)；然后填充在塑料空心管中，在惰性氣體氛圍中對空心管中填充電解液，并使用膠水將電池封裝，得到偶氮聚合物纖維電池。

9、作為優(yōu)選的，所述氫氧化鋰、硫酸亞鐵和磷酸的質(zhì)量比為1～2：1.5～5：1；所述第一溶劑為乙醇、去離子水、乙二醇、丙三醇、冰醋酸中的一種或幾種的混合；所述第二溶劑為乙腈、氯仿、甲醇、去離子水、乙醇中的一種或幾種的混合；所述纖維為玻璃纖維、碳纖維、塑料纖維中至少一種；所述水熱反應(yīng)的條件為120~200?℃煅燒6~12小時；所述高溫處理的條件為450~800?℃煅燒6~12小時。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

11、（1）本發(fā)明的聚合物纖維電極采用了偶氮聚合物材料作為電極的活性材料，通過使用負載了偶氮聚合物材料的纖維電極，實現(xiàn)了偶氮聚合物材料更緊密地附著在纖維上，使得電池在彎曲、折疊、拉伸等變形過程中，電化學(xué)性能不會受到明顯影響。本發(fā)明的聚合物纖維電極不含有金屬元素，在同等質(zhì)量下，具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能。

12、（2）偶氮聚合物是一類帶有偶氮基團的聚合物，將偶氮基團引入聚合物中使得聚合物能夠更好的讓金屬離子嵌入，使得電池的容量大幅度上升。且其具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性，在長時間的充放電過程中結(jié)構(gòu)能夠保持原狀，使得電池的循環(huán)壽命被大大的延長。偶氮聚合物能夠緊密地生長纖維上，使用其作為纖維電池的活性材料，制備工藝簡單，流程精簡，制備得到的偶氮聚合物纖維電池制備成器件時在彎曲、折疊、拉伸等變形過程中，電化學(xué)性能不會受到影響。

技術(shù)特征：

1.一種偶氮聚合物纖維電極，其特征在于由如下方法制得：往偶氮聚合物材料中加入酸液和纖維，在20～75?℃的環(huán)境下反應(yīng)2～7天，得到生長偶氮聚合物的纖維，再用有機溶劑清洗，在20～75?℃下干燥12～72小時得到偶氮聚合物纖維電極；所述偶氮聚合物材料由如下方法制得：將三嗪衍生物和帶有偶氮基團的單體溶解于溶劑中，超聲處理，干燥得到偶氮聚合物材料；所述三嗪衍生物為4,4',4''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯甲醛、4,4',4''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯甲酸三甲酯、4,4',4''-((1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三(氧基))三苯甲醛或4',4''',4'''''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三(([1,1'-聯(lián)苯]-4-甲醛))；所述帶有偶氮基團的單體為4,4'-二羥基偶氮苯或4,4'-二氨基偶氮苯；所述溶劑為三甲苯和乙醇的混合溶液，三甲苯和乙醇的體積比為1：0.5～3.2。

2.如權(quán)利要求1所述的偶氮聚合物纖維電極，其特征在于所述纖維為玻璃纖維、碳纖維、塑料纖維其中至少一種。

3.如權(quán)利要求1所述的偶氮聚合物纖維電極，其特征在于所述有機溶劑為四氫呋喃、丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、二甲基亞砜、n-甲基吡咯烷酮或三氟乙酸。

4.一種偶氮聚合物纖維電池，其特征在于由如下方法制得：

5.如權(quán)利要求4所述的偶氮聚合物纖維電池，其特征在于，所述氫氧化鋰、硫酸亞鐵和磷酸的質(zhì)量比為1～2：1.5～5：1；所述第一溶劑為乙醇、去離子水、乙二醇、丙三醇、冰醋酸中的一種或幾種的混合；所述第二溶劑為乙腈、氯仿、甲醇、去離子水、乙醇中的一種或幾種的混合；所述纖維為玻璃纖維、碳纖維、塑料纖維中至少一種；所述水熱反應(yīng)的條件為120~200?℃煅燒6~12小時；所述高溫處理的條件為450~800?℃煅燒6~12小時。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種偶氮聚合物纖維電極及纖維電池應(yīng)用，偶氮聚合物纖維電極由如下方法制得：往偶氮聚合物材料中加入酸液和纖維，在20～75℃的環(huán)境下反應(yīng)2～7天，得到生長偶氮聚合物的纖維，再用有機溶劑清洗，在20～75℃下干燥12～72小時得到偶氮聚合物纖維電極。本發(fā)明的聚合物纖維電極采用了偶氮聚合物材料作為電極的活性材料，通過使用負載了偶氮聚合物材料的纖維電極，實現(xiàn)了偶氮聚合物材料更緊密地附著在纖維上，使得電池在彎曲、折疊、拉伸等變形過程中，電化學(xué)性能不會受到明顯影響。本發(fā)明的聚合物纖維電極不含有金屬元素，在同等質(zhì)量下，具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：余丁山,潘耀政,劉聰
受保護的技術(shù)使用者：中山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15