[发明专利]一种耐久性的电容器隔膜材料及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料及其制备领域，尤其涉及一种耐久性的电容器隔膜材料及其制备工艺。

背景技术

电容器，尤其是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。

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。

大功率性是电容器的一个重要特性，隔膜是产生内阻的主要因素，隔膜作为电容器的重要组成部分，对电容器的性能有着重要影响。目前用于电容器隔膜的材料主要有纤维素隔膜纸和传统电池隔膜，传统电池隔膜虽具有耐热、耐腐蚀、密度小及可用蒸汽消毒等特点，但其存在耐低温冲击性差及易老化的缺点；而纤维素隔膜纸强度不高，耐久性亦有待加强。目前电容器的功率不断提高，易老化的隔膜容易导致击穿，严重降低了电容器的使用寿命。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种抗老化性优良、机械强度高的电容器隔膜材料及其制备工艺。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种耐久性的电容器隔膜材料，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4~8份、羟基磷灰石粉3~6份、改性助剂6~14份、活性碳酸钙0.5~1.5份、醋酸乙烯酯乳液4~8份。

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。

进一步地，所述的改性助剂由以下重量份数的原料组成：硫磺0.5~1.5份、氨基磺酸0.3~0.9份、二月桂酸二丁基锡0.2~0.6份、羟丙基甲基纤维素1~3份、玻璃微珠2~4份、二甲基乙酰胺2~4份。

所述的一种耐久性的电容器隔膜材料的制备工艺，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；

（3）将陶瓷纤维和羟基磷灰石粉混合后置于煅烧炉中，于600~700℃下煅烧2~3h，取出后粉碎，并过200目筛，加入3~4倍量4~6%浓度的盐酸于55~65℃下搅拌酸洗，除液后的固体物重复酸洗一次，水洗至中性，干燥后得微粉物；

（4）将改性助剂混合均匀后研磨40~60min得混合料一；

（5）将步骤（3）所得微粉物与步骤（4）所得的混合料一混合，加入适量的水搅拌至泥状，研磨成5~30μm的浆料，经喷雾干燥得混合料二；

（6）将步骤（5）所得的混合料二、活性碳酸钙以及醋酸乙烯酯乳液与步骤（2）所得的悬浮液混合，使用打浆机打浆，制得混合液；

（7）采用圆网或长网市售成型设备对步骤（6）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；

（8）将步骤（1）所得的纺丝膜覆盖在步骤（7）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，步骤（8）制得的隔膜材料的厚度为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，充分发挥隔膜的电性能，与多种协同起效原料结合制得的非织造布热粘合，获得了抗老化性优良、机械强度高的电容器隔膜材料。

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。