本發(fā)明涉及納米纖維膜，特別是涉及一種用于超級電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法。

背景技術(shù)：

1、全球經(jīng)濟的快速發(fā)展使人類對電化學儲能設備(例如電池、燃料電池、光伏電池和超級電容器)的需求大幅增長。然而，傳統(tǒng)電池類儲能設備的壽命遠遠低于超級電容器，且對環(huán)境產(chǎn)生污染。超級電容器以其獨有的性能特點在儲能裝置方面得到深入研究和廣泛關注。隔膜作為超級電容器的重要組成部分之一，直接影響著超級電容器的比功率、比容量及循環(huán)壽命。超級電容器隔膜主要有纖維素紙隔膜、合成高分子聚合物隔膜、非織造布隔膜和生物隔膜4大類。

2、纖維素紙隔膜所用的材料為纖維素纖維，在成紙過程中纖維之間形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纖維分絲帚化形成的微纖絲在主干纖維與微纖絲之間形成橋接，使成紙具有較高的機械強度。但單一的纖維漿粕紙隔膜制品在強度上不及采用干法拉伸形成的高分子聚合物隔膜，且隔膜的孔隙率、孔隙分布勻度、孔隙大小及隔膜厚度還需改進。

3、由合成高分子聚合物隔膜制作的超級電容器在電性能上與纖維素紙隔膜相當，自放電率較低，但是由于烯烴類聚合物自身熔點較低，因此隔膜產(chǎn)品熱穩(wěn)定性較差。此外，聚合物高分子隔膜由于生產(chǎn)工藝及自身材料的限制，在保證超級電容器安全性能的前提下隔膜的孔隙率很難進一步提高，厚度很難降低，限制了超級電容器進一步向高功率密度和高能量密度以及體積更小的方向發(fā)展。

4、非織造布隔膜在超級電容器領域應用中有其獨有的優(yōu)勢，但是在制備技術(shù)上仍存在較大的不足。利用靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜也屬于非織造布隔膜。由于非織造布隔膜利用靜電噴絲設備噴絲而成，在噴絲過程中由于溶劑揮發(fā)，使得纖維表面集聚較多的電荷導致噴絲不穩(wěn)定，直接導致隔膜尺寸和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏差，降低超級電容器的安全性能。制作隔膜所用材料親水性較差，使得制作出的超級電容器在工作過程中電解質(zhì)離子無法快速交換，影響比功率的提升。因此，非織造布隔膜規(guī)?；瘧糜诔夒娙萜鬟€需要進一步改善其制作工藝。

5、生物隔膜相比于合成高分子聚合物隔膜和非織造布隔膜最大的優(yōu)點在于原料綠色環(huán)保、來源廣泛，但目前由于產(chǎn)量及自身性能限制還無法實現(xiàn)工業(yè)化應用。

6、綜上，目前應用于超級電容器的隔膜主要面臨如下問題：(1)隔膜產(chǎn)品孔隙率低，孔隙大小及分布不均勻；(2)部分隔膜吸液保液性能較差，不能保證電解質(zhì)離子的快速交換；(3)隔膜產(chǎn)品普遍較厚，有礙于超級電容器體積的縮小，同時會增加隔膜阻抗，使自放電性升高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于超級電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，實現(xiàn)隔膜力學性能、孔隙率和親水性的提升，以及隔膜厚度的降低。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一：提供一種用于超級電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法，步驟包括：

4、以聚丙烯腈(pan)為聚合物，以高直鏈淀粉(has)為增強材料，以聚乙烯吡咯烷酮(pvp)為制孔劑，與溶劑混合，配制得到紡絲液；

5、將所述紡絲液通過靜電紡絲紡制備得到靜電紡絲膜；

6、所述靜電紡絲膜經(jīng)熱壓處理、制孔處理、交聯(lián)處理后，得到所述交聯(lián)多孔納米纖維膜。

7、進一步的，所述pan、has和pvp的質(zhì)量比為5～10:0～5:0～5，且has和pvp的質(zhì)量不為0。

8、進一步的，所述溶劑為二甲基亞砜(dmso)。

9、進一步的，所述紡絲液的濃度為10～15wt％。

10、進一步的，所述靜電紡絲的參數(shù)為：溫度30～45℃，相對濕度40％，紡絲電壓為10～20kv，紡絲距離為10～18cm，滾筒轉(zhuǎn)速為250rpm，推進速度為0.5～2ml/h，紡絲時間為6～12h。

11、進一步的，所述熱壓處理的溫度為50～80℃。

12、本發(fā)明熱壓處理可使用實驗室小型塑封機進行熱壓處理。

13、進一步的，所述制孔處理為在水中浸泡4～10h。

14、進一步的，所述交聯(lián)處理為以戊二醛為交聯(lián)劑，采用戊二醛蒸汽進行交聯(lián)處理2～8h。

15、進一步的，所述戊二醛和has的質(zhì)量比為10～125:1。

16、本發(fā)明技術(shù)方案之二：提供一種上述制備方法制得的交聯(lián)多孔納米纖維膜。

17、本發(fā)明技術(shù)方案之三：提供一種上述交聯(lián)多孔納米纖維膜作為隔膜在超級電容器中的應用。

18、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

19、本發(fā)明采用聚丙烯腈(pan)為隔膜主要材料，提升隔膜穩(wěn)定性，加入溶于水的制孔劑pvp進行造孔，提升隔膜的孔隙率，加入天然材料高直鏈淀粉，通過淀粉與戊二醛的交聯(lián)反應加固所制備的納米纖維膜，進一步提升隔膜的力學性能，通過制備工藝的調(diào)節(jié)控制納米纖維膜的接觸角、力學強度、孔隙率以及厚度，實現(xiàn)高性能超級電容器隔膜的制備。

技術(shù)特征：

1.一種用于超級電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法，其特征在于，步驟包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述pan、has和pvp的質(zhì)量比為5～10:0～5:0～5，且has和pvp的質(zhì)量不為0。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑為二甲基亞砜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述紡絲液的濃度為10～15wt％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述靜電紡絲的參數(shù)為：溫度30～45℃，相對濕度40％，紡絲電壓為10～20kv，紡絲距離為10～18cm，滾筒轉(zhuǎn)速為250rpm，推進速度為0.5～2ml/h，紡絲時間為6～12h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱壓處理的溫度為50～80℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制孔處理為在水中浸泡4～10h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)處理為以戊二醛為交聯(lián)劑，采用戊二醛蒸汽進行交聯(lián)處理2～8h；所述戊二醛和has的質(zhì)量比為10～125:1。

9.一種如權(quán)利要求1～8任一項所述制備方法制得的交聯(lián)多孔納米纖維膜。

10.一種如權(quán)利要求9所述的交聯(lián)多孔納米纖維膜作為隔膜在超級電容器中的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于納米纖維膜技術(shù)領域，涉及一種用于超級電容器的交聯(lián)多孔納米纖維膜的制備方法。本發(fā)明采用聚丙烯腈(PAN)為隔膜主要材料，提升隔膜穩(wěn)定性，加入溶于水的制孔劑PVP進行造孔，提升隔膜的孔隙率，加入天然材料高直鏈淀粉，通過淀粉與戊二醛的交聯(lián)反應加固所制備的納米纖維膜，進一步提升隔膜的力學性能，通過制備工藝的調(diào)節(jié)控制納米纖維膜的接觸角、力學強度、孔隙率以及厚度，實現(xiàn)高性能超級電容器隔膜的制備。

技術(shù)研發(fā)人員：王赫,時虎,王洪杰,阮芳濤,潘顯苗
受保護的技術(shù)使用者：安徽工程大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19