一種環(huán)?？山到獾某?jí)電容器隔膜材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)?？山到獾某?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、陽離子聚丙烯酰胺2?3、可再分散膠粉1.5?2、城市污泥干料8?10、棉短絨漿6?7、硅烷偶聯(lián)劑kh5601.2?1.5、硬脂酸鈣2?2.5、聚乙烯吡咯烷酮0.8?1。本發(fā)明利用改性后的城市污泥干料、棉短絨漿等成分添加到非織造布基布的制造過程中，采用低碳環(huán)保原料，成本低，分散均勻，還能夠提高產(chǎn)品的強(qiáng)度；制成的產(chǎn)品分散均勻，結(jié)實(shí)致密，孔隙率高，使用后的隔膜材料可以實(shí)現(xiàn)快速降解。
【專利說明】
一種環(huán)?？山到獾某?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，尤其涉及一種環(huán)保可降解的超級(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)力汽車和電動(dòng)汽車對(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(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，提供一種環(huán)保可降解的超級(jí)電容器隔膜材料。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種環(huán)保可降解的超級(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、陽離子聚丙烯酰胺2-3、可再分散膠粉1.5-2、城市污泥干料8-10、棉短絨漿6-7、硅烷偶聯(lián)劑kh5601.2-1.5、硬脂酸鈣2-2.5、聚乙烯吡咯烷酮0.8-1。
[0007]根據(jù)權(quán)利要求書I所述一種環(huán)保可降解的超級(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)將城市污泥干粉放入真空干燥箱中干燥，然后在450°C的條件下燒結(jié)2小時(shí)，冷去后取出，粉碎，過400目篩后與棉短絨漿混合，送入高速混料機(jī)中，加熱至100°C，以1000轉(zhuǎn)/分的速度攪拌10分鐘后，降溫至50°C，加入硅烷偶聯(lián)劑kh560、可再分散膠粉，繼續(xù)攪拌15分鐘，出料，粉碎，過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、聚丙烯酰胺乳液以及其余剩余成分，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(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(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)明利用改性后的城市污泥干料、棉短絨漿等成分添加到非織造布基布的制造過程中，采用低碳環(huán)保原料，成本低，分散均勻，還能夠提高產(chǎn)品的強(qiáng)度;制成的產(chǎn)品顆粒物分散均勻，結(jié)實(shí)致密，孔隙率高，使用后的隔膜材料可以實(shí)現(xiàn)快速降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，安全環(huán)保，社會(huì)效益好。
【具體實(shí)施方式】
[0010]—種環(huán)?？山到獾某?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、陽離子聚丙烯酰胺2、可再分散膠粉1.5、城市污泥干料8、棉短絨漿6、硅烷偶聯(lián)劑1^5601.2、硬脂酸鈣2、聚乙烯吡咯烷酮0.8。
[0011]根據(jù)權(quán)利要求書I所述一種環(huán)?？山到獾某?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 °C水溶PVA纖維完全溶解形成混合懸浮液待用；
(3)將城市污泥干粉放入真空干燥箱中干燥，然后在450°C的條件下燒結(jié)2小時(shí)，冷去后取出，粉碎，過400目篩后與棉短絨漿混合，送入高速混料機(jī)中，加熱至100°C，以1000轉(zhuǎn)/分的速度攪拌10分鐘后，降溫至50°C，加入硅烷偶聯(lián)劑kh560、可再分散膠粉，繼續(xù)攪拌15分鐘，出料，粉碎，過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、聚丙烯酰胺乳液以及其余剩余成分，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(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(duì)本實(shí)施例隔膜材料進(jìn)行測(cè)試，厚度為74μπι，平均孔徑為0.19μπι，孔隙率為61%，吸液率為571 %，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)】
1.一種環(huán)?？山到獾某?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、陽離子聚丙烯酰胺2-3、可再分散膠粉1.5-2、城市污泥干料8-10、棉短絨漿6-7、硅烷偶聯(lián)劑kh5601.2-1.5、硬脂酸鈣2_2.5、聚乙烯吡咯烷酮0.8-1。2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述一種環(huán)?？山到獾某?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°C水溶PVA纖維完全溶解形成混合懸浮液待用； (3)將城市污泥干粉放入真空干燥箱中干燥，然后在450°C的條件下燒結(jié)2小時(shí)，冷去后取出，粉碎，過400目篩后與棉短絨漿混合，送入高速混料機(jī)中，加熱至100°C，以1000轉(zhuǎn)/分的速度攪拌10分鐘后，降溫至50°C，加入硅烷偶聯(lián)劑kh560、可再分散膠粉，繼續(xù)攪拌15分鐘，出料，粉碎，過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、聚丙烯酰胺乳液以及其余剩余成分，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(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)】H01G11/52GK105977055SQ201610473234
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】褚詩泉, 趙鑫, 萬美云
【申請(qǐng)人】安徽江威精密制造有限公司