本發(fā)明涉及納米纖維膜，特別是涉及一種用于超級(jí)電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法。

背景技術(shù)：

1、全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使人類對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備(例如電池、燃料電池、光伏電池和超級(jí)電容器)的需求大幅增長(zhǎng)。然而，傳統(tǒng)電池類儲(chǔ)能設(shè)備的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于超級(jí)電容器，且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。超級(jí)電容器以其獨(dú)有的性能特點(diǎn)在儲(chǔ)能裝置方面得到深入研究和廣泛關(guān)注。隔膜作為超級(jí)電容器的重要組成部分之一，直接影響著超級(jí)電容器的比功率、比容量及循環(huán)壽命。超級(jí)電容器隔膜主要有纖維素紙隔膜、合成高分子聚合物隔膜、非織造布隔膜和生物隔膜4大類。

2、纖維素紙隔膜所用的材料為纖維素纖維，在成紙過(guò)程中纖維之間形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纖維分絲帚化形成的微纖絲在主干纖維與微纖絲之間形成橋接，使成紙具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。但單一的纖維漿粕紙隔膜制品在強(qiáng)度上不及采用干法拉伸形成的高分子聚合物隔膜，且隔膜的孔隙率、孔隙分布勻度、孔隙大小及隔膜厚度還需改進(jìn)。

3、由合成高分子聚合物隔膜制作的超級(jí)電容器在電性能上與纖維素紙隔膜相當(dāng)，自放電率較低，但是由于烯烴類聚合物自身熔點(diǎn)較低，因此隔膜產(chǎn)品熱穩(wěn)定性較差。此外，聚合物高分子隔膜由于生產(chǎn)工藝及自身材料的限制，在保證超級(jí)電容器安全性能的前提下隔膜的孔隙率很難進(jìn)一步提高，厚度很難降低，限制了超級(jí)電容器進(jìn)一步向高功率密度和高能量密度以及體積更小的方向發(fā)展。

4、非織造布隔膜在超級(jí)電容器領(lǐng)域應(yīng)用中有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，但是在制備技術(shù)上仍存在較大的不足。利用靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜也屬于非織造布隔膜。由于非織造布隔膜利用靜電噴絲設(shè)備噴絲而成，在噴絲過(guò)程中由于溶劑揮發(fā)，使得纖維表面集聚較多的電荷導(dǎo)致噴絲不穩(wěn)定，直接導(dǎo)致隔膜尺寸和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏差，降低超級(jí)電容器的安全性能。制作隔膜所用材料親水性較差，使得制作出的超級(jí)電容器在工作過(guò)程中電解質(zhì)離子無(wú)法快速交換，影響比功率的提升。因此，非織造布隔膜規(guī)?；瘧?yīng)用于超級(jí)電容器還需要進(jìn)一步改善其制作工藝。

5、生物隔膜相比于合成高分子聚合物隔膜和非織造布隔膜最大的優(yōu)點(diǎn)在于原料綠色環(huán)保、來(lái)源廣泛，但目前由于產(chǎn)量及自身性能限制還無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

6、綜上，目前應(yīng)用于超級(jí)電容器的隔膜主要面臨如下問(wèn)題：(1)隔膜產(chǎn)品孔隙率低，孔隙大小及分布不均勻；(2)部分隔膜吸液保液性能較差，不能保證電解質(zhì)離子的快速交換；(3)隔膜產(chǎn)品普遍較厚，有礙于超級(jí)電容器體積的縮小，同時(shí)會(huì)增加隔膜阻抗，使自放電性升高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于超級(jí)電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)隔膜力學(xué)性能、孔隙率和親水性的提升，以及隔膜厚度的降低。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一：提供一種用于超級(jí)電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法，步驟包括：

4、以聚丙烯腈(pan)為聚合物，以高直鏈淀粉(has)為增強(qiáng)材料，以聚乙烯吡咯烷酮(pvp)為制孔劑，與溶劑混合，配制得到紡絲液；

5、將所述紡絲液通過(guò)靜電紡絲紡制備得到靜電紡絲膜；

6、所述靜電紡絲膜經(jīng)熱壓處理、制孔處理、交聯(lián)處理后，得到所述交聯(lián)多孔納米纖維膜。

7、進(jìn)一步的，所述pan、has和pvp的質(zhì)量比為5～10:0～5:0～5，且has和pvp的質(zhì)量不為0。

8、進(jìn)一步的，所述溶劑為二甲基亞砜(dmso)。

9、進(jìn)一步的，所述紡絲液的濃度為10～15wt％。

10、進(jìn)一步的，所述靜電紡絲的參數(shù)為：溫度30～45℃，相對(duì)濕度40％，紡絲電壓為10～20kv，紡絲距離為10～18cm，滾筒轉(zhuǎn)速為250rpm，推進(jìn)速度為0.5～2ml/h，紡絲時(shí)間為6～12h。

11、進(jìn)一步的，所述熱壓處理的溫度為50～80℃。

12、本發(fā)明熱壓處理可使用實(shí)驗(yàn)室小型塑封機(jī)進(jìn)行熱壓處理。

13、進(jìn)一步的，所述制孔處理為在水中浸泡4～10h。

14、進(jìn)一步的，所述交聯(lián)處理為以戊二醛為交聯(lián)劑，采用戊二醛蒸汽進(jìn)行交聯(lián)處理2～8h。

15、進(jìn)一步的，所述戊二醛和has的質(zhì)量比為10～125:1。

16、本發(fā)明技術(shù)方案之二：提供一種上述制備方法制得的交聯(lián)多孔納米纖維膜。

17、本發(fā)明技術(shù)方案之三：提供一種上述交聯(lián)多孔納米纖維膜作為隔膜在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。

18、本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

19、本發(fā)明采用聚丙烯腈(pan)為隔膜主要材料，提升隔膜穩(wěn)定性，加入溶于水的制孔劑pvp進(jìn)行造孔，提升隔膜的孔隙率，加入天然材料高直鏈淀粉，通過(guò)淀粉與戊二醛的交聯(lián)反應(yīng)加固所制備的納米纖維膜，進(jìn)一步提升隔膜的力學(xué)性能，通過(guò)制備工藝的調(diào)節(jié)控制納米纖維膜的接觸角、力學(xué)強(qiáng)度、孔隙率以及厚度，實(shí)現(xiàn)高性能超級(jí)電容器隔膜的制備。

技術(shù)特征：

1.一種用于超級(jí)電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法，其特征在于，步驟包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述pan、has和pvp的質(zhì)量比為5～10:0～5:0～5，且has和pvp的質(zhì)量不為0。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑為二甲基亞砜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述紡絲液的濃度為10～15wt％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述靜電紡絲的參數(shù)為：溫度30～45℃，相對(duì)濕度40％，紡絲電壓為10～20kv，紡絲距離為10～18cm，滾筒轉(zhuǎn)速為250rpm，推進(jìn)速度為0.5～2ml/h，紡絲時(shí)間為6～12h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱壓處理的溫度為50～80℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制孔處理為在水中浸泡4～10h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)處理為以戊二醛為交聯(lián)劑，采用戊二醛蒸汽進(jìn)行交聯(lián)處理2～8h；所述戊二醛和has的質(zhì)量比為10～125:1。

9.一種如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述制備方法制得的交聯(lián)多孔納米纖維膜。

10.一種如權(quán)利要求9所述的交聯(lián)多孔納米纖維膜作為隔膜在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于納米纖維膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于超級(jí)電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法。本發(fā)明采用聚丙烯腈(PAN)為隔膜主要材料，提升隔膜穩(wěn)定性，加入溶于水的制孔劑PVP進(jìn)行造孔，提升隔膜的孔隙率，加入天然材料高直鏈淀粉，通過(guò)淀粉與戊二醛的交聯(lián)反應(yīng)加固所制備的納米纖維膜，進(jìn)一步提升隔膜的力學(xué)性能，通過(guò)制備工藝的調(diào)節(jié)控制納米纖維膜的接觸角、力學(xué)強(qiáng)度、孔隙率以及厚度，實(shí)現(xiàn)高性能超級(jí)電容器隔膜的制備。

技術(shù)研發(fā)人員：王赫,時(shí)虎,王洪杰,阮芳濤,潘顯苗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19