本發(fā)明屬于超級電容器，具體涉及一種超級電容器隔膜材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、超級電容器既具有電容器快速充放電的特點，又具有電化學(xué)電池的儲能特點；通過極化電解質(zhì)，利用電極/電解質(zhì)界面的雙層效應(yīng)來儲存和釋放能量，充放電過程是通過靜電場釋放的物理過程，儲能過程可逆，可反復(fù)充電放電數(shù)十萬次。隔膜作為超級電容器的重要組成部分，直接影響著電容器的性能，隔膜在超級電容器中主要作用為：分隔正負(fù)電極，避免電極之間接觸造成短路；形成離子循環(huán)通道，保證電解質(zhì)離子正常通過，超級電容器充放電過程快速進行。

2、中國專利(公開號為cn111508732b)公開了一種超級電容器用復(fù)合隔膜及其制備方法，該發(fā)明通過引入二氧化硅制備多孔石墨烯薄膜，保證在充放電時電解液中陰陽離子的正常移動；通過結(jié)合石墨烯的高張力強度和在纖維素漿料中引入具有纖維結(jié)構(gòu)的粘結(jié)劑，確保了加工后的復(fù)合隔膜張力強度好，厚度及孔徑大小均勻，組裝成超級電容器產(chǎn)品后有利于其在高溫環(huán)境中應(yīng)用，并且所述制備方法工藝簡單，適合連續(xù)化生產(chǎn)。但是該專利在制備多孔石墨烯膜的過程中需要使用危險化學(xué)試劑氫氟酸去蝕刻二氧化硅，同時得到的隔膜材料抗張強度不足，孔隙率和透氣度也都有待提升，影響其應(yīng)用和推廣。

3、因此，如何在避免使用氫氟酸的基礎(chǔ)上，通過對隔膜材料組分進行改性處理，制備得到超級電容器隔膜材料，有效提高材料的抗張強度，同時獲得更佳的孔隙率和透氣度，成為了需要重點攻克的方向。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超級電容器隔膜材料的制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中隔膜材料制備過程中需要使用氫氟酸，同時材料抗張強度不足，孔隙率和透氣度也都有待提升等問題。

2、本發(fā)明選用石墨烯復(fù)合材料和二氧化硅氣凝膠作為原料，兩者中的高聚物通過非共價鍵結(jié)合，并在后續(xù)高溫?zé)崽幚淼倪^程中發(fā)生碳化形成具有多孔碳網(wǎng)絡(luò)的石墨烯多孔膜，配合纖維素漿料的涂覆處理，制備得到超級電容器隔膜材料，有效提高材料的抗張強度，同時獲得更佳的孔隙率和透氣度。

3、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

4、本發(fā)明提供一種超級電容器隔膜材料的制備方法，包括以下步驟：

5、s1：以重量份計，將90～100份石墨烯復(fù)合材料和40～50份二氧化硅高速混合均勻，加入500～600份去離子水?dāng)嚢璺稚?，得到漿料；

6、s2：將所述漿料涂覆在pet基底上，干燥，剝離pet基底，進行熱處理，得到石墨烯多孔膜；

7、s3：將40～50份纖維素、5～10份粘結(jié)劑和45～50份去離子水混合攪拌得到涂覆液，將所述涂覆液涂覆在所述石墨烯多孔膜的兩側(cè)，烘干，得到超級電容器隔膜材料。

8、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述石墨烯復(fù)合材料的重量份數(shù)可以是90份、92份、94份、96份、98份或100份等。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述二氧化硅的重量份數(shù)可以是40份、42份、44份、46份、48份或50份等。

10、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述纖維素的重量份數(shù)可以是40份、42份、44份、46份、48份或50份等。

11、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述粘結(jié)劑的重量份數(shù)可以是5份、6份、7份、8份、9份或10份等。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述石墨烯復(fù)合材料的制備方法包括：以重量份計，將4～6份市售氧化石墨烯分散在400～500份去離子水中，然后加入10～16份1mol/l的鹽酸溶液和2～4份三氯化鐵攪拌均勻得到a液，將16～20份苯胺溶于400～500份四氯化碳形成b液，將400～500份a液緩慢倒入400～500份b液的上方進行原位聚合，得到石墨烯復(fù)合材料。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述原位聚合的條件包括：先靜置40～48h，然后將水相生成的復(fù)合材料離心洗滌，在30～40℃的條件下干燥30～40h，粉碎。

14、石墨烯復(fù)合材料在進行高溫?zé)崽幚頃r，聚苯胺中的氮原子會遷移進入石墨烯晶格，形成氮摻雜石墨烯，氮摻雜可修復(fù)石墨烯的部分缺陷，同時增加片層間的相互作用力，從而提高復(fù)合材料的整體機械強度，有效提升抗張強度。

15、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述二氧化硅為二氧化硅氣凝膠；

16、所述二氧化硅氣凝膠的制備方法包括：以重量份計，30～40份甲醛和450～500份異丙醇混合均勻，然后加入40～50份間苯二酚充分?jǐn)嚢瑁偌尤?0～60份去離子水和200～220份3-氨丙基三乙氧基硅烷進行凝膠化處理，得到二氧化硅氣凝膠。

17、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述凝膠化處理的條件包括：先以80～100r/min的速度攪拌50～60min，然后在60～65℃的條件下保溫40～48h得到濕凝膠，再在60～65℃的條件下用乙醇置換，冷凍干燥。

18、二氧化硅氣凝膠是一種由二氧化硅構(gòu)成的超輕納米多孔材料，是一種具有超高孔隙率和低密度的納米多孔材料，其獨特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效提升隔膜材料的孔隙率。

19、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述纖維素為改性纖維素；

20、所述改性纖維素的制備方法包括：以重量份計，將4～6份纖維素加入到240～250份去離子水中進行前處理，再加入0.4～0.8份碳納米管分散均勻，最后加入40～50份質(zhì)量分?jǐn)?shù)8～10％的聚乙烯醇水溶液攪拌1～3h，冷凍干燥，粉碎，得到改性纖維素。

21、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述前處理的條件包括：先以200～240r/min的速度攪拌30～40min，然后超聲50～60min。

22、改性纖維素引入了的碳納米管具有高縱橫比和良好的分散性，能夠在纖維素基體中形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了表面的孔徑大小和分布，從而提高了隔膜材料的透氣度。

23、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。

24、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟s2中干燥溫度為40～60℃，干燥時間為6～8h。

25、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟s2熱處理的條件包括：先在180～220℃的條件下進行熱壓延，再置于氬氣保護下，在600～650℃的條件下高溫煅燒2～4h。

26、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟s3中烘干的條件包括：溫度為70～90℃，時間為8～10min。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

28、(1)本發(fā)明先將石墨烯復(fù)合材料和二氧化硅氣凝膠混合，二氧化硅氣凝膠中的間苯二酚含有苯環(huán)，可以與石墨烯復(fù)合材料的聚苯胺發(fā)生π-π堆積，通過π電子云的相互作用形成非共價鍵，并在后續(xù)高溫?zé)崽幚淼倪^程中發(fā)生碳化形成具有多孔碳網(wǎng)絡(luò)的石墨烯多孔膜，石墨烯多孔膜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配合二氧化硅共同作用能夠提升隔膜材料的抗張強度，而多孔結(jié)構(gòu)則能有效提升材料的孔隙率和透氣性；然后在石墨烯多孔膜上涂覆纖維素漿料，纖維素漿料中改性纖維素的碳納米管與石墨烯表面均由sp2雜化的碳原子組成，具有共軛電子體系，兩者通過面對面或偏移堆積，電子云重疊形成穩(wěn)定的相互作用，從而保證纖維素與石墨烯多孔膜之間的良好結(jié)合，提升隔膜材料的力學(xué)性能和透氣性能。

29、(2)本發(fā)明的石墨烯復(fù)合材料在進行高溫?zé)崽幚頃r，聚苯胺中的氮原子會遷移進入石墨烯晶格，形成氮摻雜石墨烯，氮摻雜可修復(fù)石墨烯的部分缺陷，同時增加片層間的相互作用力，從而提高復(fù)合材料的整體機械強度，有效提升抗張強度。

30、(3)本發(fā)明的二氧化硅氣凝膠是一種由二氧化硅構(gòu)成的超輕納米多孔材料，是一種具有超高孔隙率和低密度的納米多孔材料，其獨特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效提升隔膜材料的孔隙率。

31、(4)本發(fā)明改性纖維素引入了的碳納米管具有高縱橫比和良好的分散性，能夠在纖維素基體中形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了表面的孔徑大小和分布，從而提高了隔膜材料的透氣度。