[发明专利]一种混合电容器用纤维素隔膜及其制备方法

说明书

本发明属于混合电容器用纤维素隔膜制备技术领域，涉及一种混合电容器用纤维素隔膜及其制备方法。本发明通过微细纤维与骨架纤维的均匀共混，以及调控浆液中微细纤维与骨架纤维的比例，提供一种梯度孔隙结构的混合电容用纤维素隔膜纸的制备方法。利用微细纤维为主要原料形成的浆料悬浮液滤水阻力大、孔隙率低、湿纸幅强度低、易断纸，通过添加骨架纤维可以有效解决上述问题，并通过调控原料中微细纤维与骨架纤维的比例，实现孔隙梯度分布中间段孔隙率为40‑60％，前半段和后半段的孔隙率为62‑80％的纤维素隔膜纸的制备，兼顾解决混合电容功率特性与漏电间的平衡问题。

技术领域

本发明属于混合电容器用纤维素隔膜制备技术领域，涉及一种混合电容器用纤维素隔膜及其制备方法。

背景技术

近年来超级电容器储能技术取得了长足的进步，但双电层电容器受制于物理的离子吸附/脱附储能机制，短期内大幅提升超级电容器能量密度是世界级技术难题(10Wh/kg)。引入化学储能，构建物理与化学协同储能效应的混合电容器是可行的技术途径。混合电容器受到越来越多学术界和产业界广泛的关注，它结合了锂离子电池和双电层电容器二者的工作原理。

隔膜是混合电容器关键的材料之一，主要是阻止电子传导，防止两电极间接触造成的内部短路，并保证电解液中离子能顺畅通过。隔膜对混合电容器的电化学性能及安全性能起到重要的作用。锂离子电池常用的聚烯烃类隔膜孔隙率低，不利于离子的快速迁移，直接影响混合电容器的倍率特性；其次，聚烯烃类隔膜浸润性和保液性较差，难以满足混合电容器长循环的需求；再次，聚烯烃类隔膜热稳定性差，难以满足混合电容器高功率充放电下的安全性要求。综上，聚烯烃类锂离子电池用隔膜不适用于混合电容器。

纤维素隔膜具有高的孔隙率、优异的热稳定性和良好的浸润性在超级电容器中得到广泛的应用。相较而言，纤维素隔膜符合混合电容对功率特性、循环特性和热稳定性的需求，纤维素隔膜在混合电容器中得到应用验证。综合应用结果发现，普通商用纤维素隔膜孔隙率高，造成混合电容器漏电流过大，对混合电容器的储存、成组和均衡提出了较大的挑战。有研究者通过采用纳米纤维素为原料降低隔膜孔隙率，但纳米纤维直径过小，隔膜制备的抄纸过程中滤水阻力过大，难以工程化；其次纳米纤维素隔膜孔隙率较低造成器件内阻过大，影响倍率性能。在实际应用过程中要解决混合电容器漏电和功率特性间的平衡关系。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种混合电容器用孔隙率梯度分布的纤维素隔膜及其制备方法，解决了混合电容器功率特性与漏电间的不平衡问题。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种混合电容器用纤维素隔膜，所述隔膜孔隙率呈梯度分布，中间段孔隙率为40-60％，前半段和后半段的孔隙率为62-80％。

在上述的一种混合电容器用纤维素隔膜中，所述纤维素隔膜厚度为10-50μm。

本发明为保证混合电容器对漏电流的要求，原料中采用较高比例的微细纤维来降低隔膜纸的孔隙率，并控制隔膜的厚度确保器件的功率特性，微细纤维含量高并且薄的隔膜其机械强度差；反之，隔膜机械强度适中，孔隙率相对较大。一般采用提高隔膜的厚度改善器件的漏电流性能，厚隔膜会引起器件能量密度的降低，孔隙率梯度分布的隔膜解决了上述的问题，中间低孔隙率隔膜薄层起到降低器件的漏电流，前半段和后半段高孔隙率的隔膜薄起到支撑作用，提高隔膜强度的前提下并不影响离子的迁移速率，使隔膜兼具高离子迁移和高保压能力。

在上述的一种混合电容器用纤维素隔膜中，前半段和后半段的孔隙率均为62-80％。

在上述的一种混合电容器用纤维素隔膜中，中间段的原料为质量比1：(2-9)的骨架纤维浆粑和微细纤维浆粑混合物。

在上述的一种混合电容器用纤维素隔膜中，前半段和后半段的原料为质量比1：(1-4)的微细纤维浆粑和骨架纤维浆粑。