[发明专利]一种超级电容器隔膜的制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及离子通道膜制备技术领域，特别是制造用于超级电容器的离子通道膜制备方法。

背景技术

随着经济快速发展，人类对能源的需求量日益增加、而化石能源的大量消耗所造成的环境压力却日益突出。节约化石能源、研究开发和大规模利用可再生能源成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。超级电容器作为目前替代能源的一个新兴储能器件，在新能源领域发挥着巨大的作用。

超级电容器(Supercapacitor)市上世纪六七十年代率先在美国出现，并于80年代逐渐走向市场的一种新兴的储能器件。这种新型的能源器件所能存贮的能量比传统的物理电容器大一个数量级以上，同时又保持了传统电容器释放能量速度极快的特点，因而具有广泛的应用前景。其中隔膜作为超级电容器的重要组成部分之一，其性能的优劣在一定程度上决定电容器性能的好坏。对隔膜材料的一般要求是：1)电阻尽量小，使得离子通过隔膜的能力强，即隔膜对电解质离子运动的阻力小；2)隔膜材料是电子导体的绝缘体；3)在电解液中化学性能稳定；4)具有一定的机械强度，隔离性能好；5)组织成分均一，厚度一致；6)材料资源丰富，价格低廉。

现在国内外用于超级电容器的商业化隔膜主要采用的有聚丙烯(PP)无纺布隔膜、纤维素隔膜、隔膜纸等材料制成，要求其具有储存电解液和导通正极产生的气体到负极的功能，因而较厚，孔隙率较高。较厚的隔膜使得隔膜电阻大，较高孔隙率会导致电极短路。超级电容器在充放电过程中不产生气体也不需要气体复合，因而也不需要具备较多孔隙率，只需满足电解液离子的通道。专利(200310112700.1)利用石棉纤维添加增强材料制备了一种超级电容器隔膜，但利用的并非电解质的离子通道。本发明针对超级电容器隔膜的特征，提出一种全新的思路：以聚合物为基体原料，然后掺杂一种可以传输离子的杂化材料，在强极性溶剂中溶解，混合后制成均一溶液，通过流延法制膜。其中的基体材料具备良好的耐化学腐蚀性、耐温性以及很好的导电性，杂化材料提供传输离子的传输通道。该超级电容器隔膜制备方法简单、易于放大，既可以用于超级电容器的隔膜，也可作为阳离子选择性膜用于电场驱动的分离过程场合。

发明内容：

本发明目的在于提供一种离子传输膜的制备方法，尤其是制备可以用于超级电容器的隔膜。

本发明的特征在于：依次含有以下步骤；

步骤(1)，以二甲基乙酰胺为溶剂，把可溶性聚酰亚胺和含有离子通道的杂化材料溶解，所述聚酰亚胺在溶液中的浓度用重量百分数表示为10％～25％，所述含有离子通道的杂化材料是指含有脲基的一类含硅化合物，其在溶液中的浓度用重量百分数表示为5％～20％；

步骤(2)，使用流延法把步骤(1)得到的溶液在平滑的玻璃表面流延成薄膜，膜厚在10～200微米之间，在所述溶剂挥发后形成薄膜，并可从玻璃表面剥离；

步骤(3)，把步骤(2)得到的薄膜加热到60～200℃范围，使杂化材料形成所述的离子通道。

所述可溶性聚酰亚胺是由下述二酐和二胺合成的：

所述杂化材料中至少含有一个脲基和一个硅烷。

所述溶剂是除了所述二甲基乙酰胺以外，下述溶剂中的一种或两种以上的混合物；二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基亚砜，N-甲基吡咯烷酮。

通过在所述步骤(1)中加入作为催化剂的浓盐酸，可以使杂化材料在所述步骤(3)中发生溶胶-凝胶反应，所述浓盐酸在溶液中的浓度用重量百分数表示为0.01％～3％。

本发明所述的方法避免现有方法中使用有孔膜、多步后处理等复杂的工艺过程。利用杂化材料中具有离子传输功能的离子通道，使用溶液流延法制备均相离子传输膜。同时发挥聚酰亚胺耐电化学腐蚀强，耐温性好的特长，组成隔膜材料的基本部分。所述制膜方法简单，容易实现放大生产。该隔膜适用于超级电容器，也可以作为液流电池隔膜用于储能器件。利用本发明的离子通道隔膜可以起到离子快速通过的优点，对发展新型超级电容器隔膜提供新思路。

具体实施方式：

本发明的实施步骤如下：

1)使用化学溶剂将可溶性聚酰亚胺和含有离子通道的杂化材料溶解，加入催化剂使杂化材料发生溶胶-凝胶反应，使用流延法在平滑的固体表面涂覆为薄层，使溶剂挥发形成超级电容器隔膜。

2)步骤1)所述化学溶剂是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮，以及所述溶剂2种以上混合物；