一种纱线状水系锌锰电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种储能器件，特别涉及一种纱线状水系锌锰电池及其制备方法，属于储能器件技术领域。

背景技术

柔性可穿戴电子产品在运动服，压力传感器，军装和植入式医疗设备中得到了更多的应用机会，浙江引领下一代电子产品的趋势；在可穿戴电子产品中，如何制备具有优异电化学性能和具有高形变，柔性的可穿戴储能设备时这一领域最重要的挑战，一维结构可以比较简便的和商业纺织品进行集成，使得比平面或者三位结构电源设备更适合可穿戴纺织品的应用。

锌离子电池由于高理论容量、最佳安全性和低成本等关键特性，在可穿戴电子产品中越来越受到关注，而水系锌锰电池具有宽的电化学窗口、成本效益、生态友好、高比容量和简单的制造，使其被认为柔性锌离子电池最有前途的一种器件；以聚合物为主体，在其中添加相应水性电解质组成的凝胶电解质不仅具有传统电解质优良的离子电导率，同时具有弹性高，机械强度好，抑制副反应等优势，是一种很有希望的电解质体系

锌金属因其丰富的资源、较低的阳极电势和较高的理论容量而被认为是水性可充电电池的理想阳极材料，有望应用于柔性电子储能领域。在水系锌离子电池中锌钒电池具有最好的循环稳定性，但其能量密度不够高。锌硫电池具有最高的能量密度，因为硫电极具有超高的比容量。然而，它的副反应限制了循环的稳定性。与其他金属阳极和氧化物阴极相比，可充电水性锌锰电池具有理论容量高、无毒、金属锌和锰氧化物成本低的优点。

而在纱线状电池中最应该关注器件的短路问题，如何设计一种隔膜在器件尺寸不变的情况下起到防止短路的作用是目前该体系的一大系统问题；通过静电纺纱制备的纳米纤维具有高取向性、高孔隙率、绝缘性，同时厚度仅为几十至几百微米，通过静电纺纱在电极表面制备纳米纤维层不仅能起到良好的隔膜效果，同时纳米纤维特有的结构以及纳米纤维所带的基团也能有效保护锌负极并抑制副反应，同时在凝胶电解质中添加锰元素并通过恒压充电将其转化为活性物质的方法也能有效降低步骤工艺，降低器件尺寸，这为纱线状锌锰电池的应用提供了一种全新思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纱线状水系锌锰电池，该电池具有较高的柔性，可以多段剪切，被剪切的电池仍然能进行供电，具有极高的安全性；能够编织入衣物中，可进行皂洗，皂洗后供电稳定。

本发明还提供一种所述纱线状水系锌锰电池的制备方法，该方法具有简单方便，成本低廉，绿色环保的优势，同时为后续制备新型结构电池提供了新思路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种纱线状水系锌锰电池的制备方法，该方法包括如下步骤：

S1制备纺丝液

将热塑性聚氨酯和聚丙烯腈分别溶于N-N二甲基甲酰胺中搅拌12h以上制备得到热塑性聚氨酯纺丝液和聚丙烯腈纺丝液；

S2、制备锌丝/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱：

以锌丝为基底，使用聚丙烯腈纺丝液进行静电纺丝制备得到锌丝/聚丙烯腈纳米纤维包芯纱，再以锌丝/聚丙烯腈纳米纤维包芯纱为基底，使用热塑性聚氨酯纺丝液进行静电纺丝制备得到锌丝/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱；

S3、制备锌/中性凝胶电解质纱线：

将S2制备得到的锌丝/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱浸没于中性电解液中，用UV灯照射进行光引发反应，反应后得到锌/中性凝胶电解质纱线；

S4、制备纱线状水系锌锰电池：

以S3制备得到的锌/中性凝胶电解质纱线为负极，以导电碳丝为集流体，将锌/中性凝胶电解质纱线和导电碳丝平行塞入热缩管中，使用注射器将弱酸性电解液注射进热缩管中，用UV灯照射进行光引发反应，反应后得到纱线状水系锌锰电池；

S5、负载活性物质：

通过电化学工作站或蓝电电化学工作站以计时电流法或恒压充电法将纱线状水系锌锰电池的电解质中的锰离子氧化为锰氧化物，制备得到无正极的纱线状水系锌锰电池。

由于纱线电池特殊的高比表面积结构，相较于常用的扣式电池更容易产生枝晶现象和吸氢副反应发生，因此，本发明，在锌丝表面包覆两层纳米纤维层，该两层纳米纤维的基团能够有效抑制锌枝晶以及副反应发生，且本发明得到的纱线状水系锌锰电池相比于容易制得的超级电容器具有更高的工作平台和高容量，在制备成电池器件后通过恒压充电沉积活性物质，省去了制备活性物质涂料的复杂步骤，无正极锌锰电池具有优异的倍率和长循环性能，同时凝胶电解质具有绿色环保以及优异的机械物理性能。

在本发明中，步骤S2需要先包覆聚丙烯腈纳米纤维层后包覆聚氨酯纳米纤维层，这是由于聚丙烯腈纳米纤维层较为柔软与外力接触容易导致纳米纤维层的损坏，需要聚氨酯纳米纤维层的进一步保护，聚氨酯纳米纤维层起到了隔膜的作用。

作为优选，S1中所述热塑性聚氨酯分子量为10000～50000，热塑性聚氨酯纺丝液中热塑性聚氨酯的质量分数为15-25％，聚丙烯腈分子量为30000～60000，聚丙烯腈纺丝液中聚丙烯腈的质量分数为6-10％。

作为优选，S3中所述中性电解液中含有以下质量百分含量计的组分：丙烯酰胺15-30％，七水硫酸锌25-30％，N-N亚甲基双丙烯酰胺0.05-0.5％，光引发剂0.05-0.5％，余量为水；

S4中所述弱酸性电解液中含有以下质量百分含量计的组分：丙烯酰胺15-30％、七水硫酸锌25-30％、硫酸锰5-10％、N-N亚甲基双丙烯酰胺0.05-0.5％、光引发剂0.05-0.5％、余量为弱酸性溶液，弱酸性电解液的pH值为3-5；

所述弱酸性溶液中酸选自柠檬酸、浓硫酸、碳酸、盐酸、硝酸中的一种或几种，弱酸性溶液pH值为2-3，优选为柠檬酸。

进一步的，以上所述弱酸性溶液的制备方法为，将适量酸溶于水中搅拌1-5h，制备pH值为2-3的弱酸性溶液，所述弱酸性溶液中酸的质量分数为0.3-0.5％；

所述弱酸性电解液的制备方法为，将丙烯酰胺、七水硫酸锌和硫酸锰依次加入至弱酸性溶液混匀，再依次加入N-N亚甲基双丙烯酰胺和光引发剂混匀得到弱酸性电解液；

所述中性电解液的制备方法相较于弱酸性电解液的制备方法，不加入弱酸性溶液即可。

进一步的，所述锌丝直径为0.3-2mm。

作为优选，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮，2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，1-羟基环己基苯基甲酮中的一种或几种。

作为优选，S4中所述导电碳丝经过亲水处理，所述处理步骤为：

在特氟龙内衬的高压釜内，将导电碳丝和5-10mol/L硝酸进行水热处理，水热温度为90℃-150℃、水热时间为60-180min；

处理后的导电碳丝用乙醇清理后，在弱碱性条件下在特氟龙内衬的高压釜中进行深度清洗，深度清洗的温度为100℃-250℃，时间为60-180min；

清洗后的导电碳丝置于70℃±5℃烘箱中过夜；

所述导电碳丝规格为1K、3K、12K、24K中的一种或几种；

提供所述弱碱性条件的物质为尿素、碳酸钠、氢氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化铜中的一种或几种，浓度为0.01-0.1mol/L。

进一步的，S2中制备锌丝/聚丙烯腈纳米纤维包芯纱的具体参数为：针尖与收集器的角度60°，针头与收集器的距离为8cm，注射泵以0.7mL/h的速度推进纺丝液，纺丝过程中以12-17KV直流高压电，漏斗型收集器转速80-120rpm、卷绕装置速度0.06m/min；

制备锌丝/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱的具体参数为：针尖与收集器的角度60°，针头与收集器的距离为8cm，注射泵以0.7mL/h的速度推进纺丝液，纺丝过程中以6-12KV直流高压电，漏斗型收集器转速80-120rpm、卷绕装置速度0.06m/min。

作为优选，S2中所述的锌丝/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱中，聚丙烯腈纳米纤维层厚度为15-50微米，热塑性聚氨酯纳米纤维层厚度为15-50微米。更为适宜的聚丙烯腈纳米纤维和热塑性聚氨酯纳米纤维的厚度各为20-30微米。当纳米纤维层厚度过高时，由于纳米纤维优异的绝缘性，器件的电阻会明显增加，从而大大降低器件的电化学性能，而当纳米纤维层厚度过薄时，纳米纤维层则会难以起到隔膜作用，同时对于锌负极保护的功能也会大大降低。

作为优选，S3中所述浸没时间为10-60min。

作为优选，S3中所述UV灯波长为250-400nm，引发时间为2-30min。

作为优选，S5中所述恒压充电法的电压为1.6-2.4V，充电时间为1-120min。

一种以上所述的制备方法制得的无正极的纱线状水系锌锰电池。

一种以上所述纱线状水系锌锰电池在制备织物方面的应用，以纱线状水系锌锰电池和棉纤维作为纱线，经过编织机编织得到织物电池，串联所述纱线状水系锌锰电池。

作为优选的技术方案，该应用以若干纱线状水系锌锰电池作为经纱，棉纤维作为纬纱，通过剑杆织机进行编制以制备织物电池，并将若干纱线状水系锌锰电池串联在一起，实现供电。

本发明以锌丝作为基材，通过静电纺纱在锌丝表面制备了纳米纤维层，并将其浸泡在以丙烯酰胺为主体的电解液中，通过UV灯进行光引发使锌丝表面均匀覆盖中性凝胶电解质，以其为负极，以水热后的导电碳丝为正极集流体，将两个纱线平行排列塞入热缩管中，并将热缩管中注满弱酸性电解液并使用UV灯进行光引发制备无正极的纱线状水系锌锰电池，最终通过恒压充电将电解质中的锰离子氧化为锰氧化物并沉积在正极集流体上；该制备方法制备的电池属于一维结构半固态电池领域，使其有希望应用于可穿戴储能领域。

与现有技术相比，本发明方法具有以下特点：

1、本发明在锌丝表面包覆纳米纤维层，聚丙烯腈纳米纤维层中存在的丁腈基团和热塑性聚氨酯纳米纤维层中存在的机型聚氨酯基团能提供大量亲锌位点，可以有效降低锌离子的浓度梯度以促进锌的宽敞成核，保证锌的均匀沉积，同时纳米纤维层和凝胶电解质的框架结构可以有效防止吸氢副反应发生，以抑制锌枝晶以及吸氢反应的形成；

2、在锌丝/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱表面包覆解耦合的凝胶电解质可以使正极部分在弱酸条件下提高电压窗口至2V的同时，使负极部分处在中性条件下以减弱各类副反应发生；

3、本发明通过恒压充电进行沉积锰氧化物以及充电，相比于恒流充电能实现快速充电以及优良的循环寿命；

4、本发明纱线状水系锌锰电池能够实现多根串联，在保持放电时间不减少的同时，电压范围提高到了1.6-4.4V，可为大功率电器供电；

5、本发明纱线状水系锌锰电池具有较高的柔性，且可以多段剪切，被剪切的电池仍然能进行供电，具有极高的安全性；

6、本发明纱线状水系锌锰电池能够编织入衣物中，可进行皂洗，皂洗后供电稳定。

附图说明

图1为补充例1中锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱的SEM图，其中图(a)为聚丙烯腈纳米纤维层，图(b)为热塑性聚氨酯纳米纤维层，图(c)为锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱的截面图；

图2为补充例2中浸泡电解液后的锌丝SEM图，其中图(a)为未做保护的锌丝，图(b)为仅使用凝胶电解质作为保护的锌丝，图(c)为仅使用纳米纤维层作为保护的锌丝，图(d)为从纱线状锌锌对称电池中剥离出来的锌丝；

图3为补充例2中纱线状锌锌对称电池的极化性能测试，其中图(a)为纱线状锌锌对称电池极化曲线，插图为极化测试前后的EIS谱图，图(b)为对照组极化曲线，插图为极化测试前后的EIS谱图；

图4为补充例2中纱线状锌锌对称电池的塔菲尔曲线；

图5为补充例2中纱线状锌锌对称电池的长循环性能图；

图6为补充例2中锌锌对称电池循环100圈后锌丝表面的SEM图，其中图(a)为纱线状锌锌对称电池循环后的SEM图，图(b)为对照组循环后的SEM图；

图7为补充例3中纱线状锌锰电池的结构示意图，其中图(a)为结构示意图，图(b)为电池的截面示意图；

图8为补充例3中纱线状锌锰电池的倍率性能图；

图9为补充例3中纱线状锌锰电池在不同电流密度下的放电曲线；

图10为补充例3中纱线状锌锰电池在不同充电时间下的放电曲线；

图11为补充例3中纱线状锌锰电池在2.2V电压下充电5分钟，0.5mA cm

图12为补充例3中纱线状锌锰电池在2.2V电压下充电30分钟，0.5mA cm

图13为补充例3中纱线状锌锰电池串联1根以及并联2，3，4根的放电曲线；

图14为补充例4中纱线状锌锰电池在不同打结数后的容量保留率；

图15为补充例4中纱线状锌锰电池打结后的实物图，其中图(a)为初始状态，图(b)为打6个结后的纱线状锌锰电池；

图16为补充例5中纱线状锌锰电池剪切实物图，其中图(a)为纱线状锌锰电池的初始状态，图(b)为剪切为4段后剪切部分电池为用电器供电实物图；

图17为实施例6中织物电池的实物图；

图18为补充例6中织物电池皂洗过程，其中图(a)为织物电池浸入皂洗液中的实物图，图(b)为织物电池在皂洗后为电池供电实物图；

图19为补充例6中织物电池水系过程，其中图(a)为织物电池与传统织物一同放入洗衣机进行水洗实物图，图(b)为水洗后织物电池为手机进行供电实物图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

现结合具体实例对本发明作进一步的说明，以下实施例仅是为了解释本发明，但不构成对本发明的限制。在以下实施例中所用到的试验样本及试验过程包括以下内容(如果实施例中未注明的实验具体条件，通常按照常规条件，或按照试剂公司所推荐的条件；下述实施例中所用的试剂、耗材等，如无特殊说明，均可从商业途径得到)。

热塑性聚氨酯，TPU；

UV灯，齐威紫外分析仪(WFH-204B)，波长为254nm。

实施例1

一种锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱的制备方法，该方法具体步骤如下：

1、纺丝液的制备

称取10g热塑性聚氨酯溶于40ml N-N二甲基甲酰胺溶剂中，在室温条件下磁力搅拌12h以形成均匀的热塑性聚氨酯纺丝溶液；称取0.8g聚丙烯腈溶于10ml N-N二甲基甲酰胺溶剂中，在室温条件下磁力搅拌12h以形成均匀的聚丙烯腈纺丝溶液。

2、锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱的制备

以0.5mm锌丝作为基底，采用步骤1所制备的聚丙烯腈纺丝溶液进行静电纺纱，该静电纺纱具体参数为：针尖与收集器的角度60°，针头与收集器的距离为8cm，注射泵以0.7mL/h的速度推进纺丝液，纺丝过程中以8KV直流高压电，漏斗型收集器转速80rpm、卷绕装置速度0.06m/min，制备得到锌/聚丙烯腈纳米纤维包芯纱；

以锌/聚丙烯腈纳米纤维包芯纱为基底，采用步骤1所制备的热塑性聚氨酯纺丝溶液进行静电纺纱，该静电纺纱具体参数为：针尖与收集器的角度60°，针头与收集器的距离为10cm，注射泵以1.0mL/h的速度推进纺丝液，纺丝过程中以16KV直流高压电，漏斗型收集器转速80rpm、卷绕装置速度0.06m/min，制备得到锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱。

补充例1锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱形貌分析

实施例1制备的锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱SEM图以及截面图，如图1所示，可以看出聚丙烯腈纳米纤维层以及热塑性聚氨酯纳米纤维层结构均匀、平整，纤维整体呈现均匀排列结构，从截面图可以看出纳米纤维层与锌线间贴附紧密，没有孔隙，同时纳米纤维层整体厚度仅为50微米，其中聚丙烯腈纳米纤维层厚度为25微米，热塑性聚氨酯纳米纤维厚度为25微米，相比于锌线厚度可以忽略不记，因此基本不影响整体纱线的尺寸。

实施例2

一种纱线状锌锌对称电池的制备方法，该方法具体步骤如下：

1、纺丝液的制备

同实施例1步骤1；

2、锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱的制备；

同实施例1步骤2；

3、中性电解液的制备

将3g丙烯酰胺，5.6g七水硫酸锌依次加入10g去离子水中，放置于搅拌器上室温搅拌5min，再依次加入20μg N-N亚甲基双丙烯酰胺和20μL 2-羟基-2-甲基苯丙酮放置于搅拌器上搅拌5min得到中性电解液；

4、纱线状锌锌对称电池的制备

以步骤2制备的锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱为基底，取两根5cm的锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱平行塞入4mm的热缩管中，使用注射器将步骤3制备的中性电解液注入热缩管中，通过波长为254nm的UV灯进行光引发10min，制备得到纱线状锌锌对称电池；

5、普通锌锌对称电池的制备(对照组)

以锌丝为基底，取两根5cm的锌丝并在这两根锌丝中间夹一片玻璃纤维，平行塞入热缩管中，使用注射器将具有2M ZnSO4的电解液注入热缩管中，制备得到普通锌锌对称电池。

补充例2纱线状锌锌对称电池锌保护性能测试

1、浸泡电解液测试：将实施例2制备的纱线状锌锌对称电池从热缩管中取出，与实施例2使用的锌丝一同浸泡在2M ZnSO4的电解液中5天，测试结束后将纱线状锌锌对称电池中的锌丝从中剥出，与纯锌丝进行SEM测试，其结果如图2所示，可以看出没有纳米纤维层和凝胶保护的锌丝在浸泡电解液5天后显示出明显的粗糙表面，表面覆盖着吸氢反应产生的片状硫酸锌水合物，说明了严重的吸氢反应，相比之下，仅使用凝胶电解质作为保护的锌丝表面想比未作保护的锌丝片状硫酸锌水合物明显减少，但依旧会产生，这是由于凝胶电解质较大的网络结构为枝晶生长提供了空间，而仅以纳米纤维层作为保护的锌丝表面几乎没有片状硫酸锌水合物生成，但由于自由水含量较高，电解液可以轻易渗透，这导致锌线受到了强烈腐蚀；从纱线状锌锌对称电池中剥离出来的锌丝表面依旧保持着相对光滑，几乎没有副产物(片状硫酸锌水合物)生成，说明了纳米纤维层和凝胶不仅具有减少电解质中自由水含量，同时能够有效的抑制吸氢反应功能。

2、极化测试：使用实施例2制备的纱线状锌锌对称电池进行测试，先通过电化学工作站测试10m-100K的EIS谱图，在以10mV的恒定极化电位的计时电流法进行计划测试2h，并将极化后的对称电池再次测试10m-100K的EIS谱图，同时以实施例2制备的普通锌锌对称电池为对照组，测试结果如图3所示，根据奈奎斯特曲线以及计时电流法曲线可以计算出纱线状锌锌对称电池的锌离子迁移数(t

3、塔菲尔曲线测试：使用实施例2制备的纱线状锌锌对称电池进行测试，通过电化学工作站以0.1mV/s进行线性扫描伏安法，同时以实施例2步骤5制备的普通锌锌对称电池为对照组，其塔菲尔曲线如图4所示，相较于对照组，纱线状锌锌对称电池的腐蚀电位从-0.024增加到-0.009V，表明腐蚀趋势较小。此外，水凝胶层+纳米纤维膜的改性还降低了腐蚀电流，从对照组的2.15mA cm

4、长循环性能测试和表征：使用实施例2制备的纱线状锌锌对称电池进行测试，以实施例2制备的普通锌锌对称电池为对照组，通过蓝电工作站以1mA cm

实施例3

一种纱线状水系锌锰电池的制备方法，该方法具体步骤如下：

1、弱酸性溶液的制备

称取1.3g柠檬酸溶于500g去离子水中，在室温下磁力搅拌3h以制备柠檬酸弱酸溶液；

2、纺丝液的制备

同实施例1步骤1；

3、锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱的制备

同实施例1步骤2；

4、导电碳丝亲水处理

在特氟龙内衬的高压釜内，将商用3K导电碳丝和6mol/L的硝酸进行水热处理，导电碳丝浸没于硝酸中，水热温度为110℃、水热时间为120min，将水热处理后的导电碳丝用乙醇清洗，再置于0.05mol/L的尿素溶液中进行深度清洗，深度清洗的温度为180℃、时间为120min，用乙醇清洗后在70℃烘箱干燥过夜；

5、电解液的制备

将3g丙烯酰胺，5.6g七水硫酸锌，1.7g硫酸锰依次加入10g制备的柠檬酸溶液中，放置于磁力搅拌器上室温搅拌5min，再依次加入20μg N-N亚甲基双丙烯酰胺和20μL 2-羟基-2-甲基苯丙酮，放置于搅拌器上搅拌5min得到柠檬酸弱酸性电解液；将3g丙烯酰胺，5.6g七水硫酸锌依次加入10g去离子水中，放置于搅拌器上室温搅拌5min，再依次加入20μgN-N亚甲基双丙烯酰胺和20μL 2-羟基-2-甲基苯丙酮放置于搅拌器上搅拌5min得到中性电解液；

6、锌/中性凝胶电解质纱线的制备

将步骤3制备的锌/聚丙烯腈/热塑性聚氨酯纳米纤维包芯纱浸泡到步骤5制备的中性电解液中持续10分钟，取出，通过波长为254nm的UV灯进行光引发10min得到锌/中性凝胶电解质纱线；

7、纱线状水系锌锰电池的制备

取5cm步骤6制备的锌/中性凝胶电解质纱线以及5cm步骤4制备的导电碳丝平行塞入4mm热缩管中，通过注射器将步骤5制备的弱酸性电解液注入热缩管中，通过波长为254nm的UV灯进行光引发10min得到纱线状水系锌锰电池，电池的示意图及截面图如附图7所示。

补充例3纱线状水系锌锰电池电化学性能测试

1、倍率性能测试

将实施例3制备的纱线状水系锌锰电池在蓝电工作站上以2.2V恒定电压充电30分钟，0.1-1.0mAcm

2、不同充电时间测试

将实施例3制备的纱线状水系锌锰电池在蓝电工作站上以2.2V恒定电压充电1-60分钟，0.5mAcm

3、长循环测试

将实施例3制备的纱线状水系锌锰电池在蓝电工作站上以2.2V恒定电压充电5分钟，0.5mAcm

4、串并联测试

将实施例3中制备的纱线水系锌锰电池并联2，3，4根或串两根，在蓝电工作站上以2.2V恒定电压充电30分钟，以0.5mA cm

实施例4

一种纱线状水系锌锰电池的制备方法，该方法具体步骤如下：

1-6、

步骤1-6与实施例3相同；

7、纱线状水系锌锰电池的制备

取40cm步骤6制备的锌/中性凝胶电解质纱线以及40cm步骤4制备的导电碳丝平行塞入4mm热缩管中，通过注射器将步骤5制备的弱酸性电解液注入热缩管中，通过波长为254nm的UV灯进行光引发10min得到纱线状水系锌锰电池。补充例4纱线状水系锌锰电池弯曲性能测试

将实施例4制备的纱线水系锌锰电池在蓝电工作站上以2.2V恒定电压充电30分钟，将电池打结数个结后再以0.5mA cm

实施例5

一种纱线状水系锌锰电池的制备方法，该方法具体步骤如下：

1-6、

步骤1-6与实施例3相同；

7、纱线状水系锌锰电池的制备

取100cm步骤6制备的锌/中性凝胶电解质纱线以及100cm步骤4制备的导电碳丝平行塞入4mm热缩管中，通过注射器将步骤5制备的弱酸性电解液注入热缩管中，通过波长为254nm的UV灯进行光引发10min得到纱线状水系锌锰电池。补充例5纱线状水系锌锰电池剪切性能测试

将实施例5中制备的纱线水系锌锰电池在蓝电工作站上以2.2V恒定电压充电30分钟，使用剪刀将电池剪切为4段，在剪切过程中电池依旧能保持稳定供电，而被剪切掉的电池依旧能进行供电，如图16所示，这说明了电池安全性。

实施例6

一种织物电池的制备方法，该方法具体步骤如下：

1-6、

步骤1-6与实施例3相同；

7、纱线状水系锌锰电池的制备

取300cm步骤6制备的锌/中性凝胶电解质纱线以及300cm步骤4制备的导电碳丝平行塞入0.8mm热缩管中，通过注射器将步骤5制备的弱酸性电解液注入热缩管中，通过波长为254nm的UV灯进行光引发10min得到纱线状水系锌锰电池。

8、织物电池的制备

将五根步骤7制备的纱线状水系锌锰电池作为经纱，棉纤维作为纬纱，通过剑杆织机进行编制以制备织物电池，并使用四合扣将五根电池串联在一起，织物电池的幅宽为30cm，织物电池的实物图如图17所示。

补充例6织物电池耐水洗性能测试

1、皂洗性能测试

将实施例6中制备的织物电池取30×30cm，投入含有300ml具有5g/L皂片的罐中，以40℃皂洗30分钟后取出，如图18所示，皂洗后的织物电池依旧保持良好电化学性能，能为手机进行供电。

2、水洗性能测试

将实施例6中制备的织物电池取30×100cm，与传统织物一同投入滚筒洗衣机中，并以40℃进行标准洗80分钟后取出，如图19所示，水洗后的织物电池依旧保持良好电化学性能，能为手机进行供电。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种纱线状水系锌锰电池及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。