本發明涉及超級電容器技術領域，尤其涉及一種硅溶膠協同聚合物增強強度的靜電紡電容器隔膜材料。

背景技術：

超級電容器是一種極具市場競爭力的儲能器，由于它可以實現快速充電、大電流放電，且具有10萬次以上的充電壽命，在一些需要短時高倍率放電的應用中占有重要地位。混合動力汽車和電動汽車對動力電源的要求也引起了全世界范圍內對超級電容器這一新型儲能裝置的廣泛重視。在超級電容器的組成中，電極、電解液和隔膜紙對超級電容器的性能起著決定性的影響。目前超級電容器的電極和電解液是研究的熱點，但是人們對于隔膜的研究和關注度并不高。

超級電容器的隔膜紙位于兩個多孔化碳電極之間，與電極一起完全浸潤在電解液中，在反復充放電過程中起到隔離的作用，阻止電子傳導，防止兩極間接觸造成的內部短路。這就要求隔膜材料是電子的絕緣體，具有良好的隔離性能，并且其孔隙應盡可能小于電極表面活性物質的最小粒徑。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部短路。超級電容器最大的優勢在于充放電速度快、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高性能趨勢發展。

靜電紡絲制備的無紡布具有三維微孔結構、比表面積大、孔隙率高等優點，在鋰電池隔膜領域有較好的應用前景。《靜電紡絲法制備 PAN/PVDF-HFP 超級電容器隔膜及其力學性能分析》一文中通過靜電紡絲技術制備 PAN/PVDF-HFP 復合納米纖維膜， 對 PAN/PVDF-HFP/PAN 三層結構復合膜進行熱壓處理，得到的隔膜材料雖然比商品膜的性能有所提高，但是仍然存在強度低、壽命短、產量低的缺點，需要進一步對靜電紡絲隔膜材料進行改性，以提高隔膜的熱穩定性、力學性能。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種硅溶膠協同聚合物增強強度的靜電紡電容器隔膜材料。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種硅溶膠協同聚合物增強強度的靜電紡電容器隔膜材料，由下列重量份的原料制成：聚偏氟乙烯80-83、聚甲基丙烯酸甲酯20-22、DMF適量、納米勃姆石2-3、硅烷偶聯劑KH5500.8-1、去離子水適量、納米鋁酸鎂2-3、聚氨酯5-6、聚醚酰亞胺6-7、硅溶膠5-6。

所述一種硅溶膠協同聚合物增強強度的靜電紡電容器隔膜材料，由下列具體方法制備而成：

（1）將納米勃姆石在真空干燥箱里面完全干燥后與溶于4-5倍量去離子水的硅烷偶聯劑KH550混合，超聲分散30-40分鐘后，邊攪拌邊加熱至140-150℃回流90-120分鐘后結束反應，離心靜置，固體用去離子水清洗2-3次，然后將固體放入真空干燥箱中以60-70℃的溫度干燥12小時，得到改性的勃姆石；

（2）聚氨酯、聚醚酰亞胺混合，加入總量5-6倍量的DMF，以300-400轉/分的速度攪拌至完全溶解后加入硅溶膠、納米鋁酸鎂，以600-800轉/分的速度攪拌15-20分鐘后超聲分散30-40分鐘，得到改性劑；

（3）在常溫下將聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯混合，加入總量8-9倍量的DMF，以400-500轉/分的速度下攪拌至完全溶解后加入步驟（1）、步驟（2）得到的產物，繼續攪拌120-150分鐘后超聲分散40-50分鐘，得到紡絲液；

（4）將紡絲液進行靜電紡絲，控制推液速度0.002mm/s、接收距離18cm，電壓22kv的條件下靜電紡絲2小時，紡絲完成后，將收集的纖維薄膜在60-70℃真空干燥箱中干燥12小時后取出，用干凈的玻璃平整壓住在真空干燥箱里在120℃下熱壓90-120分鐘，自然冷卻后取出即得。

本發明的優點是：本發明通過對勃姆石進行表面改性后添加到聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯復配紡絲液中，通過靜電紡絲技術得到復合纖維隔膜材料，熱壓處理后強度得到增強，同時具有良好的吸液率；配合勃姆石的添加，由于勃姆石顆粒表面的極性基團與聚合物極性基團相互作用，一方面可以提高隔膜的熱穩定性、力學強度、孔隙尺寸穩定性，另一方面可以提高隔膜對電解液的相容性；此外勃姆石具有優異的導熱性能，能夠改善電容器隔膜導熱問題；本發明制成的隔膜材料熱穩定性佳、機械強度得到了提升、吸液率高、電化學穩定性好、具有較好的高倍率容量和良好的循環可逆性，非常適合用于超級電容器中。

本發明通過一系列的工藝處理，將聚氨酯、聚醚酰亞胺與硅溶膠復配，添加到靜電紡絲原液中，通過紡絲得到的纖維膜能夠斷裂強度、耐熱性、吸液率以及孔隙率，同時由于納米鋁酸鎂的添加，具有較高的介電常數，加入到聚合物溶液中容易形成離子通道，提升離子的電導率；本發明隔膜材料可用于超級電容器的制作，制成的電容器電化學性能優異，具有較好的充放電性能以及循環性能。

具體實施方式

一種硅溶膠協同聚合物增強強度的靜電紡電容器隔膜材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：聚偏氟乙烯80、聚甲基丙烯酸甲酯20、DMF適量、納米勃姆石2、硅烷偶聯劑KH5500.8、去離子水適量、納米鋁酸鎂2、聚氨酯5、聚醚酰亞胺6、硅溶膠5。

所述一種硅溶膠協同聚合物增強強度的靜電紡電容器隔膜材料，由下列具體方法制備而成：

（1）將納米勃姆石在真空干燥箱里面完全干燥后與溶于4倍量去離子水的硅烷偶聯劑KH550混合，超聲分散30分鐘后，邊攪拌邊加熱至140℃回流90分鐘后結束反應，離心靜置，固體用去離子水清洗2次，然后將固體放入真空干燥箱中以60℃的溫度干燥12小時，得到改性的勃姆石；

（2）聚氨酯、聚醚酰亞胺混合，加入總量5倍量的DMF，以300轉/分的速度攪拌至完全溶解后加入硅溶膠、納米鋁酸鎂，以600轉/分的速度攪拌15分鐘后超聲分散30分鐘，得到改性劑；

（3）在常溫下將聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯混合，加入總量8倍量的DMF，以400轉/分的速度下攪拌至完全溶解后加入步驟（1）、步驟（2）得到的產物，繼續攪拌120分鐘后超聲分散40分鐘，得到紡絲液；

（4）將紡絲液進行靜電紡絲，控制推液速度0.002mm/s、接收距離18cm，電壓22kv的條件下靜電紡絲2小時，紡絲完成后，將收集的纖維薄膜在60℃真空干燥箱中干燥12小時后取出，用干凈的玻璃平整壓住在真空干燥箱里在120℃下熱壓90分鐘，自然冷卻后取出即得。

通過對本實施例隔膜材料進行測試，孔隙率為62.5%，吸液率為602%，伸長率75.1%，110℃下熱收縮率小于1%，150℃下熱收縮率小于1%。