CN111254745A - 一种超级电容器纸及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超级电容器纸，所述超级电容器纸按照重量百分比计由5~30%PET纤维、70~95%天丝纤维以及余量的干强剂构成，所述干强剂占PET纤维与天丝纤维重量总量的0.3~1%，PET纤维浆重量配比在5‑30%，若重量配比高于30%，则纸页抗张强度低，不能满足超级电容器加工的要求，当其重量配比低于5%，纸页的撕裂度低，伸长率低，不仅难以满足超级电容器装配过程的强度要求，而且对损耗也有不利影响，部分细旦PET纤维能改善超级电容器的损耗性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种超级电容器纸，特别涉及一种长寿命型超级电容器用隔离纸。
背景技术
电解电容器是电子工程中极为重要的基础电子元件之一。它在电子电路中除了有滤波、耦合和旁路作用外，还在特殊电路如校正电路、电源电路和交流电动机起动电路起到特殊作用。广泛应用于军工、民用通讯设备、视听***、控制电器及电子仪表等领域。电解电容器纸是电解电容器中吸附电解液的衬垫材料，它的性能直接影响电解电容器的质量。
随着电子科技的高速发展，电解电容器朝着小型化、高品质化、高可靠性和长寿命方向迅速发展。相应对电解电容器纸提出更高的要求，新品高级电解电容器的开发往往依赖新型电解电容器纸的开发。超级电解电容器(Supercapacitor)，是近年随着材料科学的突破而出现的新型功率型电子元器件。它填补了普通电容器与电池之间的比能量与比功率空白，具有高至数千法拉的电容量，瞬间放电电流可达数千安培，简言之，它同进具有电池的电容量和电容器的快速充放电性能，同时还具有安全可靠、适用范围宽的特点，是改善和解决电能动力性能应用的突破性元器件，而且不会像化学电池或蓄电池那样对环境造成污染。超级电容器在汽车(特别是电动汽车、混合燃料汽车和特殊载重车辆)、电力、铁路、通讯、国防工业(特别是导弹发射和通讯)、消费性电子产品等方面有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。其循环寿命长，循环寿命一般在百万次级，而我们常用的便携式锂电池的循环寿命在千次以下，由于超级电容器有着无敌的循环寿命，所以在民用市场上，经常被制作成免维护产品。由于超级电解电容器具有超大容量的特性，许多发达国家都将它用于军事装备，如美国首先将该电容器用于重型卡车、装甲运兵车和坦克上，确保了所用车辆在低温情况下的快速、安全启动。而其中的超级电容器纸是该超级电解电容器的核心原材料之一。
CN108221487A公布了一种低内阻超级电解电容器纸及其制备方法，使用的纤维原料是天丝和超细化学纤维，由于使用了部分超细化学纤维，其产品的损耗有大幅降低，且漏电流没有受到影响，但正是由于使用了不含氢键的化学纤维，其强度会受到影响，会直接影响到超级电容器的加工，不仅影响其加工速度，由于频繁的断纸，也严重影响超级电容器的成品率。这也是目前国内超容隔膜全部由进口产品占领的重要原因。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的之一在于提供一种强度高，孔径小而均匀，孔隙率高的超级电容器纸，该超级电容器纸在应用于超级电容器时，首先，由于其高强度会其适合超级电容器的加工；其次，由于其孔径小而均匀会使得超级电容器的漏电量小，使之适合储能；最后其孔隙率高使其能在短时间内通过大量的离子，使超级电容器的高功率密度性能得以体现。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种超级电容器纸，所述超级电容器纸按照重量百分比计由5～30％PET纤维、70～95％天丝纤维以及余量的干强剂构成，所述干强剂占PET纤维与天丝纤维重量总量的0.3～1％，且：
PET纤维的粗度在0.2-1.0旦之间，长度为2-6mm；
天丝纤维的浆度可在87-96°SR之间。
PET纤维浆重量配比在5-30％，若重量配比高于30％，则纸页抗张强度低，不能满足超级电容器加工的要求，当其重量配比低于5％，纸页的撕裂度低，伸长率低，不仅难以满足超级电容器装配过程的强度要求，而且对损耗也有不利影响，部分细旦PET纤维能改善超级电容器的损耗性能。
超级电容器的正极材料是碾细的活性炭材料，其粒径最小的只有2μm，也就是说作为隔离材料的纸最大孔径应在2μm以下，防止炭粒通过，到达负极后引起漏电，大颗的炭粒通过后就短路了；所以对纸的要求是最大孔径小，孔隙率高；而PET纤维是目前能工业化生产的粗度比较小的合成纤维原料；加入部分PET纤维，在能保证最大孔径不大于2μm的情况下，能提高成纸的伸长率，用来保证在超级电容器卷绕过程中，不会因纸断而影响加工；而天丝纤维是一种新型环保粘胶纤维，其生产过程不排放碱液，对环境没有污染。在造纸中天丝最大的优点是可以分丝帚化，而且其分出的细小纤维均呈圆形，与植物纤维的扁平丝有着极大的区别，用这样的纤维原料制作低紧度的纸是非常合适的，而且由于分的丝非常细，最小的在100nm，做成的纸页其孔径小，满足超级电容器对隔离材料的要求。
天丝纤维的浆度对于超级电容器纸张的强度以及孔径均具有重要影响，当天丝纤维的浆度较高时，纸页的强度高，且此时，纤维分丝充分，纸张的孔径小，对应的漏电流也就更小，适于储能；当天丝纤维的浆度低时，损耗就低，然而会引起纸张强度降低以及漏电流增加的缺陷。
本发明进一步地通过添加造纸干强剂提高纸面抗张强度来满足超级电容器加工时对强度的要求，纸页可以是单层，也可以是多层。
作为优选，PET纤维的粗度在0.5～0.8旦，长度为3～5mm；天丝纤维的浆度在88-94°SR。
作为优选，所述的干强剂由杭州化工研究院提供，型号为低氯型HM2800；本申请人通过低氯型HM2800干强剂的引入，在提升纸张强度的同时避免引入过量的氯，使得最终获得纸张能满足电解的纯度要求。
作为优选，所述的PET纤维与天丝纤维的重量比例为重量比例为90:10，所述干强剂添加重量占PET纤维与天丝纤维重量总量的0.3～0.5。
作为优选，天丝纤维的浆度可在92-96°SR。
本发明的另一个目的在于提供上述所述的超级电容器纸张的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：将天丝纤维、PET纤维以及干强剂经成型器抄纸。在本发明一些实施例中，所述的成型器包括但不限于圆网、长网、斜网和侧浪网抄纸机；优选长网纸机抄造。
本发明的再一个目的在于将上述所述的超级电容器纸张应用于在超级电容器；在本发明一些实施例中，所述超级电容器纸张是单层；在本发明另一些实施例中，所述超级电容器纸张是多层；
由于纸页的厚度由超级电容器的体积决定，在本发明一些具体实施例中，超级电容器纸张的厚度范围在30～60μm，由于对纸的强度和孔隙率的平衡，其纸的紧度在0.40-0.50g/cm3。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。但本发明却不局限于具体实施例；
以下的的干强剂由杭州化工研究所提供，型号为HDS-3改。
参照例1、天丝纤维打浆度88°SR，圆网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
参照例2、天丝纤维打浆度88°SR，长网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
参照例3、天丝纤维打浆度88°SR，0.3旦4mm PET纤维，重量配比90：10，圆网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
参照例4、天丝纤维打浆度88°SR，0.3旦3mm PET纤维，重量配比90：10，长网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
实施例1、天丝纤维打浆度92°SR，0.7旦4mm PET，重量比例95：5，添加0.4％的干强剂，长网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
实施例2、天丝纤维打浆度92°SR，0.7旦4mm PET，重量比例70：30，添加0.4％的干强剂，长网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
实施例3、天丝纤维打浆度96°SR，0.3旦4mm PET，重量比例90：10，添加0.3％的干强剂，长网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
实施例4、天丝纤维打浆度90°SR，0.7旦4mm PET，重量比例90：10，0.4％的干强剂，长网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
实施例5、天丝纤维打浆度92°SR，0.2旦4mm PET，重量比例90：10，1.0％的干强剂，长网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
实施例6、天丝纤维打浆度92°SR，0.2旦4mm PET，重量比例90：10，0.5％的干强剂，长网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
实施例7、天丝纤维打浆度94°SR，0.7旦4mm PET，重量比例88：12，0.1％的干强剂，长网纸机抄纸，纸页检测定量、强度等常规指标，做成超级电容器测试电容的漏电流、内阻、容量等指标。
各例数据列表如下：
PS:初始电压为2.70V，保压值为充电完成后，常温放置24小时，再次检测电容两端的电压值，可作为电容漏电的考察指标，对智能三表类用途尤其重要。
Claims (8)
1.一种超级电容器纸，其特征在于，所述超级电容器纸按照重量百分比计由5~30%PET纤维、70~95%天丝纤维以及余量的干强剂构成，所述干强剂占PET纤维与天丝纤维重量总量的0.3~1%，且
PET纤维的粗度在0.2-1.0旦之间，长度为2-6mm；
天丝纤维的浆度可在87-960SR之间。
2.如权利要求1所述的超级电容器纸，其特征在于，PET纤维的粗度在0.5~0.8旦，长度为3~5mm；天丝纤维的浆度在88-940SR。
3.如权利要求1所述的超级电容器纸，其特征在于，所述的干强剂由杭州化工研究所提供，型号为HDS-3改。
4.如权利要求1所述的超级电容器纸，其特征在于，所述的PET纤维与天丝纤维的重量比例为重量比例为90:10，所述干强剂添加重量占PET纤维与天丝纤维重量总量的0.3~0.5。
5.如权利要求1所述的超级电容器纸，其特征在于，天丝纤维的浆度可在92-960SR。
6.如权利要求1~5任意一项所述的超级电容器纸的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将天丝纤维、PET纤维以及干强剂经成型器抄纸。
7.如权利要求1~5任意一项所述的超级电容器纸在超级电容器中的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述超级电容器纸具有一层或者两层以上。
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200825 Address after: 323316 No.7 Chunhui Road, Yunfeng street, Suichang County, Lishui City, Zhejiang Province Applicant after: Zhejiang Chenlong special materials Co.,Ltd. Address before: No. 358, East mudanting Road, miaogao street, Suichang County, Lishui City, Zhejiang Province Applicant before: Zhejiang Tongchuang New Material Technology Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200609 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |