一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料，由下列重量份的原料制成：聚乙烯醇纖維35-40、聚丙烯纖維33-35、聚丙烯腈粉末10-13、丙酮30-32、N，N-二甲基甲酰胺72-75、70℃水溶PVA纖維8-10、聚甲基丙烯酸甲酯2-3、氧化石墨9-11、快壓出炭黑4-5、聚四氟乙烯乳液3-4、聚磷酸銨2-2.5。本發(fā)明通過一系列的工藝處理將氧化石墨、快壓出炭黑、聚四氟乙烯乳液等成分添加到非織造布基布的制備過程中，分散均勻，增強了產(chǎn)品的柔韌性以及耐磨性，能夠提高隔膜材料的強度以及韌性，制成的超級電容器比電容高。
【專利說明】
一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電容器隔膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器是一種極具市場競爭力的儲能器，由于它可以實現(xiàn)快速充電、大電流放電，且具有10萬次以上的充電壽命，在一些需要短時高倍率放電的應(yīng)用中占有重要地位?；旌蟿恿ζ嚭碗妱悠噷恿﹄娫吹囊笠惨鹆巳澜绶秶鷥?nèi)對超級電容器這一新型儲能裝置的廣泛重視。在超級電容器的組成中，電極、電解液和隔膜紙對超級電容器的性能起著決定性的影響。目前超級電容器的電極和電解液是研究的熱點，但是人們對于隔膜的研究和關(guān)注度并不高。
[0003]超級電容器的隔膜紙位于兩個多孔化碳電極之間，與電極一起完全浸潤在電解液中，在反復(fù)充放電過程中起到隔離的作用，阻止電子傳導(dǎo)，防止兩極間接觸造成的內(nèi)部短路。這就要求隔膜材料是電子的絕緣體，具有良好的隔離性能，并且其孔隙應(yīng)盡可能小于電極表面活性物質(zhì)的最小粒徑。隔離性能較好的隔膜紙必須孔徑小，這樣可使電解液的流通性下降，電池充放電性能下降;而電解液浸透率較高，離子通過性好的隔膜材料往往孔隙較大較多，容易造成兩極之間接觸造成的內(nèi)部短路。超級電容器最大的優(yōu)勢在于充放電速度快、可以大功率放電，因此，隔膜材料將向著厚度更薄、孔隙率更高、孔徑更小且分布更均勻等尚性能趨勢發(fā)展。
[0004]目前用于超級電容器隔膜的材料主要有纖維素隔膜紙和傳統(tǒng)電池隔膜，高性能隔膜紙制造技術(shù)困難，價格高昂；傳統(tǒng)電池隔膜厚度較厚，孔隙率低，對電解液親和性差，而靜電紡納米纖維膜制造技術(shù)簡單，成本低，隔膜孔隙率高達(dá)90%，對電解液親和性良好，但是缺點是強度不高。如果能將纖維素隔膜紙與靜電紡絲纖維膜進(jìn)行復(fù)合，取長補短，可以得到成本低、孔隙率高、強度大的復(fù)合隔膜材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料，由下列重量份的原料制成:聚乙烯醇纖維35-40、聚丙烯纖維33-35、聚丙烯腈粉末10-13、丙酮30-32、N，N-二甲基甲酰胺72-75、70°C水溶PVA纖維8-10、聚甲基丙烯酸甲酯2-3、氧化石墨9-11、快壓出炭黑4-5、聚四氟乙烯乳液3-4、聚磷酸銨2-2.5。
[0007]根據(jù)權(quán)利要求書I所述一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料，由下列具體方法制備而成:
(I)將丙酮與N，N-二甲基甲酰胺在常溫下混合均勻，加入聚丙烯腈粉末，以100轉(zhuǎn)/分的速度在常溫下攪拌3小時，形成聚丙烯腈紡絲溶液，在接收距離為20cm、電壓為25kV、供液速率為lmL/h的條件下進(jìn)行靜電紡絲2小時，紡制出厚度為ΙΟμπι的聚丙烯腈納米纖維膜待用；
(2)將聚丙烯纖維與聚乙烯醇纖維混合，加入適量的水，放入打漿機中，按2%濃度進(jìn)行分散成纖維懸浮液，加入70 °C水溶PVA纖維，以1000轉(zhuǎn)/分的速度邊攪拌邊加熱至70°C，直至70 0C水溶PVA纖維完全溶解形成混合懸浮液待用；
(3)將氧化石墨用水洗滌干凈后烘干，然后加入3倍量的水中，以300轉(zhuǎn)/分的速度攪拌形成懸浮液，繼續(xù)超聲60分鐘后離心，取上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到氧化石墨漿料;將快壓出炭黑過400目篩，與聚四氟乙烯乳液混合，放入球磨機中球磨40分鐘，然后與上述氧化石墨漿料混合，送入造粒機中造粒，冷卻后粉碎，過800目篩，得到增強填料；
(4)將步驟(2)中得到的混合懸浮液中加入步驟(3)得到的增強填料以及其余剩余成分，繼續(xù)加入適量的水，以600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌30分鐘，形成上網(wǎng)濃度為0.lwt%的漿料，采用濕法成型工藝將上述漿料送入造紙機經(jīng)網(wǎng)部及壓榨部脫水成形，然后用電熱鼓風(fēng)干燥10分鐘，再采用熱壓成形機以135°C的溫度熱壓粘合得到非織造布基布待用；
(5)將步驟(I)得到的聚丙烯腈納米纖維膜覆蓋在步驟(4)得到的非織造布基布上面，通過135°C的熱輥進(jìn)行熱壓結(jié)合，冷卻后剪切、包裝得到本發(fā)明。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明首先將聚丙烯腈進(jìn)行靜電紡絲制成聚丙烯腈納米纖維膜，然后利用聚乙烯醇纖維與聚丙烯纖維混合，采用濕法無紡布工藝制成非織造布，將兩者通過熱壓的方式很好的粘合在一起，可以得到強度高、透氣性好的性能，而且更好的控制了隔膜材料的孔徑以及分布，使得孔徑更小分布更均勻、孔隙率高，從而能夠更好的浸透電解液，使得放電電流更均勻；同時添加70°C水溶PVA纖維作為增強劑，制成的復(fù)合隔膜材料還具有較好的抗張強度、化學(xué)穩(wěn)定性，吸液保液性以及隔離性能。
[0009]本發(fā)明通過一系列的工藝處理將氧化石墨、快壓出炭黑、聚四氟乙烯乳液等成分添加到非織造布基布的制備過程中，分散均勻，增強了產(chǎn)品的柔韌性以及耐磨性，能夠提高隔膜材料的強度以及韌性，制成的超級電容器比電容高。
【具體實施方式】
[0010]—種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:聚乙烯醇纖維35、聚丙烯纖維33、聚丙烯腈粉末10、丙酮30、N，N二甲基甲酰胺72、70
纖維8、聚甲基丙烯酸甲酯2、氧化石墨9、快壓出炭黑4、聚四氟乙烯乳液3、聚磷酸銨2。
[0011]根據(jù)權(quán)利要求書I所述一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料，由下列具體方法制備而成:
(1)將丙酮與N，N二甲基甲酰胺在常溫下混合均勻，加入聚丙烯腈粉末，以100轉(zhuǎn)/分的速度在常溫下攪拌3小時，形成聚丙烯腈紡絲溶液，在接收距離為20cm、電壓為25kV、供液速率為lmL/h的條件下進(jìn)行靜電紡絲2小時，紡制出厚度為ΙΟμπι的聚丙烯腈納米纖維膜待用；
(2)將聚丙烯纖維與聚乙烯醇纖維混合，加入適量的水，放入打漿機中，按2%濃度進(jìn)行分散成纖維懸浮液，加入70 °C水溶PVA纖維，以1000轉(zhuǎn)/分的速度邊攪拌邊加熱至70°C，直至70 0C水溶PVA纖維完全溶解形成混合懸浮液待用；
(3)將氧化石墨用水洗滌干凈后烘干，然后加入3倍量的水中，以300轉(zhuǎn)/分的速度攪拌形成懸浮液，繼續(xù)超聲60分鐘后離心，取上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到氧化石墨漿料;將快壓出炭黑過400目篩，與聚四氟乙烯乳液混合，放入球磨機中球磨40分鐘，然后與上述氧化石墨漿料混合，送入造粒機中造粒，冷卻后粉碎，過800目篩，得到增強填料；
(4)將步驟(2)中得到的混合懸浮液中加入步驟(3)得到的增強填料以及其余剩余成分，繼續(xù)加入適量的水，以600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌30分鐘，形成上網(wǎng)濃度為0.lwt%的漿料，采用濕法成型工藝將上述漿料送入造紙機經(jīng)網(wǎng)部及壓榨部脫水成形，然后用電熱鼓風(fēng)干燥10分鐘，再采用熱壓成形機以135°C的溫度熱壓粘合得到非織造布基布待用；
(5)將步驟(I)得到的聚丙烯腈納米纖維膜覆蓋在步驟(4)得到的非織造布基布上面，通過135°C的熱輥進(jìn)行熱壓結(jié)合，冷卻后剪切、包裝得到本發(fā)明。
[0012]通過對本實施例隔膜材料進(jìn)行測試，厚度為70μπι，平均孔徑為0.24μπι，孔隙率為63%，吸液率為603%，110 °C下熱收縮率小于I %，150 °C下熱收縮率小于I %。
【主權(quán)項】
1.一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:聚乙烯醇纖維35-40、聚丙烯纖維33-35、聚丙烯腈粉末10-13、丙酮30-32、N，N-二甲基甲酰胺72-75、70°C水溶PVA纖維8-10、聚甲基丙烯酸甲酯2-3、氧化石墨9-11、快壓出炭黑4-5、聚四氟乙烯乳液3-4、聚磷酸銨2-2.5。2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述一種超級電容器用耐磨柔韌復(fù)合隔膜材料，其特征在于，由下列具體方法制備而成: (1)將丙酮與N，N-二甲基甲酰胺在常溫下混合均勻，加入聚丙烯腈粉末，以100轉(zhuǎn)/分的速度在常溫下攪拌3小時，形成聚丙烯腈紡絲溶液，在接收距離為20cm、電壓為25kV、供液速率為lmL/h的條件下進(jìn)行靜電紡絲2小時，紡制出厚度為ΙΟμπι的聚丙烯腈納米纖維膜待用； (2)將聚丙烯纖維與聚乙烯醇纖維混合，加入適量的水，放入打漿機中，按2%濃度進(jìn)行分散成纖維懸浮液，加入70 °C水溶PVA纖維，以1000轉(zhuǎn)/分的速度邊攪拌邊加熱至70°C，直至.70 0C水溶PVA纖維完全溶解形成混合懸浮液待用； (3)將氧化石墨用水洗滌干凈后烘干，然后加入3倍量的水中，以300轉(zhuǎn)/分的速度攪拌形成懸浮液，繼續(xù)超聲60分鐘后離心，取上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到氧化石墨漿料;將快壓出炭黑過400目篩，與聚四氟乙烯乳液混合，放入球磨機中球磨40分鐘，然后與上述氧化石墨漿料混合，送入造粒機中造粒，冷卻后粉碎，過800目篩，得到增強填料； (4)將步驟(2)中得到的混合懸浮液中加入步驟(3)得到的增強填料以及其余剩余成分，繼續(xù)加入適量的水，以600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌30分鐘，形成上網(wǎng)濃度為0.lwt%的漿料，采用濕法成型工藝將上述漿料送入造紙機經(jīng)網(wǎng)部及壓榨部脫水成形，然后用電熱鼓風(fēng)干燥10分鐘，再采用熱壓成形機以135°C的溫度熱壓粘合得到非織造布基布待用； (5)將步驟(I)得到的聚丙烯腈納米纖維膜覆蓋在步驟(4)得到的非織造布基布上面，通過135°C的熱輥進(jìn)行熱壓結(jié)合，冷卻后剪切、包裝得到本發(fā)明。
【文檔編號】D21H17/00GK105990039SQ201610055339
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年1月27日
【發(fā)明人】杜其信
【申請人】安徽旭峰電容器有限公司