[發(fā)明專利]一種混合電容器用纖維素隔膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110307048.7
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113223867B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 鄭超;陳寬;焦旺春;陳勝軍;阮殿波
• 申請（專利權）人: 寧波中車新能源科技有限公司
• 主分類號: H01G11/52
• 分類號: H01G11/52;H01G11/84
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊;王玲華

本發(fā)明屬于混合電容器用纖維素隔膜制備技術領域，涉及一種混合電容器用纖維素隔膜及其制備方法。本發(fā)明通過微細纖維與骨架纖維的均勻共混，以及調(diào)控漿液中微細纖維與骨架纖維的比例，提供一種梯度孔隙結構的混合電容用纖維素隔膜紙的制備方法。利用微細纖維為主要原料形成的漿料懸浮液濾水阻力大、孔隙率低、濕紙幅強度低、易斷紙，通過添加骨架纖維可以有效解決上述問題，并通過調(diào)控原料中微細纖維與骨架纖維的比例，實現(xiàn)孔隙梯度分布中間段孔隙率為40?60％，前半段和后半段的孔隙率為62?80％的纖維素隔膜紙的制備，兼顧解決混合電容功率特性與漏電間的平衡問題。

技術領域

本發(fā)明屬于混合電容器用纖維素隔膜制備技術領域，涉及一種混合電容器用纖維素隔膜及其制備方法。

背景技術

近年來超級電容器儲能技術取得了長足的進步，但雙電層電容器受制于物理的離子吸附/脫附儲能機制，短期內(nèi)大幅提升超級電容器能量密度是世界級技術難題(10Wh/kg)。引入化學儲能，構建物理與化學協(xié)同儲能效應的混合電容器是可行的技術途徑?；旌想娙萜魇艿皆絹碓蕉鄬W術界和產(chǎn)業(yè)界廣泛的關注，它結合了鋰離子電池和雙電層電容器二者的工作原理。

隔膜是混合電容器關鍵的材料之一，主要是阻止電子傳導，防止兩電極間接觸造成的內(nèi)部短路，并保證電解液中離子能順暢通過。隔膜對混合電容器的電化學性能及安全性能起到重要的作用。鋰離子電池常用的聚烯烴類隔膜孔隙率低，不利于離子的快速遷移，直接影響混合電容器的倍率特性；其次，聚烯烴類隔膜浸潤性和保液性較差，難以滿足混合電容器長循環(huán)的需求；再次，聚烯烴類隔膜熱穩(wěn)定性差，難以滿足混合電容器高功率充放電下的安全性要求。綜上，聚烯烴類鋰離子電池用隔膜不適用于混合電容器。

纖維素隔膜具有高的孔隙率、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和良好的浸潤性在超級電容器中得到廣泛的應用。相較而言，纖維素隔膜符合混合電容對功率特性、循環(huán)特性和熱穩(wěn)定性的需求，纖維素隔膜在混合電容器中得到應用驗證。綜合應用結果發(fā)現(xiàn)，普通商用纖維素隔膜孔隙率高，造成混合電容器漏電流過大，對混合電容器的儲存、成組和均衡提出了較大的挑戰(zhàn)。有研究者通過采用納米纖維素為原料降低隔膜孔隙率，但納米纖維直徑過小，隔膜制備的抄紙過程中濾水阻力過大，難以工程化；其次納米纖維素隔膜孔隙率較低造成器件內(nèi)阻過大，影響倍率性能。在實際應用過程中要解決混合電容器漏電和功率特性間的平衡關系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，提出了一種混合電容器用孔隙率梯度分布的纖維素隔膜及其制備方法，解決了混合電容器功率特性與漏電間的不平衡問題。

本發(fā)明的目的可通過下列技術方案來實現(xiàn)：

一種混合電容器用纖維素隔膜，所述隔膜孔隙率呈梯度分布，中間段孔隙率為40-60％，前半段和后半段的孔隙率為62-80％。

在上述的一種混合電容器用纖維素隔膜中，所述纖維素隔膜厚度為10-50μm。

本發(fā)明為保證混合電容器對漏電流的要求，原料中采用較高比例的微細纖維來降低隔膜紙的孔隙率，并控制隔膜的厚度確保器件的功率特性，微細纖維含量高并且薄的隔膜其機械強度差；反之，隔膜機械強度適中，孔隙率相對較大。一般采用提高隔膜的厚度改善器件的漏電流性能，厚隔膜會引起器件能量密度的降低，孔隙率梯度分布的隔膜解決了上述的問題，中間低孔隙率隔膜薄層起到降低器件的漏電流，前半段和后半段高孔隙率的隔膜薄起到支撐作用，提高隔膜強度的前提下并不影響離子的遷移速率，使隔膜兼具高離子遷移和高保壓能力。

在上述的一種混合電容器用纖維素隔膜中，前半段和后半段的孔隙率均為62-80％。

在上述的一種混合電容器用纖維素隔膜中，中間段的原料為質量比1：(2-9)的骨架纖維漿粑和微細纖維漿粑混合物。

在上述的一種混合電容器用纖維素隔膜中，前半段和后半段的原料為質量比1：(1-4)的微細纖維漿粑和骨架纖維漿粑。