一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料，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、聚環(huán)氧乙烷1.2-1.5、羥乙基纖維素1-1.2、交聯(lián)劑TAC1-1.2、微晶纖維素2-3、沸石分子篩9-11、浮石4-5、碳酸氫鈉2-3、純丙乳液2-3。本發(fā)明利用沸石分子篩、浮石、碳酸氫鈉等成分制成增強(qiáng)填料，經(jīng)過(guò)焙燒后的增強(qiáng)填料具備密集的微孔結(jié)構(gòu)，而且孔隙分布均勻，添加到產(chǎn)品的制備過(guò)程中可以使得制成的產(chǎn)品具有致密多孔的材質(zhì)，而且尺寸穩(wěn)定性好，厚度適中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電容器隔膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是一種極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的儲(chǔ)能器，由于它可以實(shí)現(xiàn)快速充電、大電流放電，且具有10萬(wàn)次以上的充電壽命，在一些需要短時(shí)高倍率放電的應(yīng)用中占有重要地位?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電源的要求也引起了全世界范圍內(nèi)對(duì)超級(jí)電容器這一新型儲(chǔ)能裝置的廣泛重視。在超級(jí)電容器的組成中，電極、電解液和隔膜紙對(duì)超級(jí)電容器的性能起著決定性的影響。目前超級(jí)電容器的電極和電解液是研究的熱點(diǎn)，但是人們對(duì)于隔膜的研究和關(guān)注度并不高。
[0003]超級(jí)電容器的隔膜紙位于兩個(gè)多孔化碳電極之間，與電極一起完全浸潤(rùn)在電解液中，在反復(fù)充放電過(guò)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(guò)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(jí)電容器最大的優(yōu)勢(shì)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(shì)發(fā)展。
[0004]目前用于超級(jí)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(jià)格高昂；傳統(tǒng)電池隔膜厚度較厚，孔隙率低，對(duì)電解液親和性差，而靜電紡納米纖維膜制造技術(shù)簡(jiǎn)單，成本低，隔膜孔隙率高達(dá)90%，對(duì)電解液親和性良好，但是缺點(diǎn)是強(qiáng)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(zhǎng)補(bǔ)短，可以得到成本低、孔隙率高、強(qiáng)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(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料，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、聚環(huán)氧乙烷1.2-1.5、羥乙基纖維素1-1.2、交聯(lián)劑TACl-1.2、微晶纖維素2-3、沸石分子篩9-11、浮石4-5、碳酸氫鈉2-3、純丙乳液2_3。
[0007]根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料，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(shí)，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(shí)，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(jī)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)將浮石粉碎，過(guò)200目篩，與沸石分子篩混合，將羥乙基纖維素溶于3倍量的水中形成溶液加入上述混合粉料中，送入造粒機(jī)中混合10分鐘后加入碳酸氫鈉，繼續(xù)混合5分鐘擠出造粒，將得到的顆粒放入馬弗爐中，以300°C的溫度焙燒2小時(shí)，冷卻后取出，粉碎，過(guò)800目篩，得到增強(qiáng)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(qiáng)填料，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(jī)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(jī)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(guò)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(diǎn)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(wú)紡布工藝制成非織造布，將兩者通過(guò)熱壓的方式很好的粘合在一起，可以得到強(qiáng)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(shí)添加70°C水溶PVA纖維作為增強(qiáng)劑，制成的復(fù)合隔膜材料還具有較好的抗張強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性，吸液保液性以及隔離性能。
[0009]本發(fā)明利用沸石分子篩、浮石、碳酸氫鈉等成分制成增強(qiáng)填料，經(jīng)過(guò)焙燒后的增強(qiáng)填料具備密集的微孔結(jié)構(gòu)，而且孔隙分布均勻，添加到產(chǎn)品的制備過(guò)程中可以使得制成的產(chǎn)品具有致密多孔的材質(zhì)，而且尺寸穩(wěn)定性好，厚度適中，具有優(yōu)異的液體透過(guò)性和電解質(zhì)吸收率，可保證超級(jí)電容器的充放電性能。
【具體實(shí)施方式】
[0010]—種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料，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°C水溶PVA纖維8、聚環(huán)氧乙烷1.2、羥乙基纖維素1、交聯(lián)劑TAC1、微晶纖維素2、沸石分子篩9、浮石
4、碳酸氫鈉2、純丙乳液2。
[0011]根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料，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(shí)，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(shí)，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(jī)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)將浮石粉碎，過(guò)200目篩，與沸石分子篩混合，將羥乙基纖維素溶于3倍量的水中形成溶液加入上述混合粉料中，送入造粒機(jī)中混合10分鐘后加入碳酸氫鈉，繼續(xù)混合5分鐘擠出造粒，將得到的顆粒放入馬弗爐中，以300°C的溫度焙燒2小時(shí)，冷卻后取出，粉碎，過(guò)800目篩，得到增強(qiáng)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(qiáng)填料，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(jī)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(jī)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(guò)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(guò)對(duì)本實(shí)施例隔膜材料進(jìn)行測(cè)試，厚度為58μπι，平均孔徑為0.23μπι，孔隙率為68%，吸液率為565%，110 °C下熱收縮率小于I %，150 °C下熱收縮率小于I %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料，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、聚環(huán)氧乙烷1.2-1.5、羥乙基纖維素1-1.2、交聯(lián)劑TACl-1.2、微晶纖維素2-3、沸石分子篩9-11、浮石4-5、碳酸氫鈉2_3、純丙乳液2_3。2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述一種孔隙率高的復(fù)合型超級(jí)電容器隔膜材料，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(shí)，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(shí)，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(jī)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)將浮石粉碎，過(guò)200目篩，與沸石分子篩混合，將羥乙基纖維素溶于3倍量的水中形成溶液加入上述混合粉料中，送入造粒機(jī)中混合10分鐘后加入碳酸氫鈉，繼續(xù)混合5分鐘擠出造粒，將得到的顆粒放入馬弗爐中，以300°C的溫度焙燒2小時(shí)，冷卻后取出，粉碎，過(guò)800目篩，得到增強(qiáng)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(qiáng)填料，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(jī)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(jī)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(guò)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(hào)】H01G11/52GK105990040SQ201610055340
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日
【發(fā)明人】杜其信
【申請(qǐng)人】安徽旭峰電容器有限公司