[发明专利]一种吸酸性超级电容器用隔膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料制备领域，尤其涉及一种吸酸性超级电容器用隔膜材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种极具市场竞争力的储能产品，可以实现快速充电、大电流放电，且具有十万次以上的充电寿命，在一些需要短时高倍率放电的应用中占有极重要的地位。

超级电容器隔膜材料位于两个多孔化碳电极之间，与电极一起完全浸润在电解液中，在反复的充放电过程中起到隔离的作用，阻止电子传导，防止两极之间接触造成的内部短路。这就要求隔膜材料是电子的绝缘体，具有良好的隔离性能，并且其孔隙应尽可能小于电极表面活性物质的最小粒径。

大功率性是超级电容器的一个重要特性，隔膜作为超级电容器的重要组成部分，对超级电容器的性能有着重要影响。在电容器工作过程中，隔膜材料通过吸收和存储大量的电解液为离子的迁移提供通道，当电解液为硫酸酸性溶液时，隔膜不仅需要具备长期耐酸腐蚀性，而且需要具备良好的吸酸性，传统的隔膜材料长期耐酸腐蚀和耐老化性能较差，而且传统的制备隔膜材料的方法如熔融纺丝法制得的隔膜材料纤维直径较大，吸酸率较低，在一定程度上限制了超级电容器电性能的发挥。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种吸酸率高、机械强度高的超级电容器隔膜材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：吸酸性超级电容器用隔膜材料，由以下重量份数的原料组成：基质纤维100份、聚偏氟乙烯纤维15~20份、丙酮25~30份、二甲基乙酰胺100~110份、陶瓷纤维10~20份、SAF超吸水纤维10~20份、氧化锌1~2份、阳离子淀粉2~4份、醋酸乙烯酯乳液5~15份以及经减压蒸馏的市售化学纯马来酸酐（MAH）适量。

进一步地，所述的基质纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维中的一种或几种的混合。

所述的吸酸性超级电容器用隔膜材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）纺丝膜的制备：将丙酮和二甲基乙酰胺于常温下混合均匀，然后加热至50~60℃并加入聚偏氟乙烯纤维，保温搅拌至溶液均匀透明，除泡静置后得到纺丝液，在纺丝电压11kV、接收距离15cm、供液速率1mL/h条件下静电纺丝2h，制得厚度为6~8μm的纺丝膜；

（2）将步骤（1）所得的纺丝膜于常温下用丙酮清洗后，再用去离子水清洗两次，并于30~40℃下烘干，然后置于反应容器中抽真空，用马来酸酐气体置换出反应容器中的空气，维持马来酸酐蒸汽压5Pa，用功率为20W的等离子体反应装置处理3min，等离子体反应装置由射频电源（13.56MHz，20W）、匹配器、真空系统及反应容器组成；

（3）将基质纤维置于30~40倍重量份的水中，置入打浆机中打浆，制得悬浮液一；

（4）将陶瓷纤维、SAF超吸水纤维、氧化锌以及阳离子淀粉加入到步骤（3）所得的悬浮液一中，用搅拌机高速搅拌至均匀，得悬浮液二；

（5）将醋酸乙烯酯乳液与步骤（4）所得的悬浮液二混合，使用打浆机打浆，制得混合液；

（6）采用圆网或长网市售成型设备对步骤（5）制得的混合液进行单层或多层成型，然后采用压榨设备进行压榨脱水，制得成型基布，采用热轧机对成型基布进行热轧处理，温度120~130℃，得到非织造布基布；

（7）将步骤（2）所得的处理后的纺丝膜覆盖在步骤（6）得到的非织造基布上，经120~130℃热辊热压结合，冷却剪切后得到本发明的隔膜材料。

进一步地，所得隔膜材料的厚度为20~100μm。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：

本发明首先将聚偏氟乙烯纤维进行纺丝加工制得厚度为6~8μm的纺丝膜，然后采用湿法无纺布工艺将基质纤维制成非织造布，经热压的方式将两者结合成本发明的超级电容器隔膜材料。通过数次实验获得最佳的重量份配比和纺丝条件，使制得的纺丝膜单纤维均匀性好，具有丰富的空隙和较大的比表面积，经MAH单体等离子体接枝聚合后更有利于提高吸酸率，与多种协同起效原料结合制得的非织造布热粘合，获得了吸酸率高同时机械强度高的超级电容器隔膜材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。以下实施例只是对本发明做描述性的说明，不能以此限定本发明的保护范围。

而且，本发明中所使用的原料，如无特殊规定，均为常规的市售产品；同样的，所使用的方法如无特殊规定，均为常规的生产方法。