PAN基静电纺超级电容器隔膜制备与测试

摘要

静电纺丝技术是制备纳米纤维及其制品的一种简单而有效的方法。利用此方法制备的纤维具有高比表面积、独特网状结构和高孔隙率等特性，已引起学术界和工业界人士的广泛重视。静电纺丝纳米纤维膜具有的这些特性适合应用于超级电容器隔膜。本课题选用聚丙烯腈(PAN)和聚偏氟乙烯(PVDF-HFP)为原料，通过静电纺丝技术制备纳米纤维膜，探讨电纺膜用于超级电容器隔膜的可行性。
　　首先，利用单针头静电纺丝实验，研究了聚合物溶液浓度、溶剂比例、纺丝电压等纺丝工艺参数对纳米纤维直径和形貌的影响，确定了每种聚合物的最佳纺丝工艺参数为:PAN采用DMF/丙酮(7∶3)溶剂体系，纺丝液浓度12％，纺丝电压25kV; PVDF-HFP采用DMF/丙酮(7∶3)溶剂体系，纺丝液浓度10％，纺丝电压25kV。
　　然后，在最佳纺丝工艺参数下，实验制备了两种静电纺纳米纤维膜，分别是PAN纳米纤维膜、PVDF-HFP纳米纤维膜，分别进行力学性能、润湿性能、吸湿性能、透气性能、热收缩性能及电化学性能测试。其中PVDF-HFP纳米纤维膜表现出较好的力学性能，PAN纳米纤维膜表现出较好的润湿性能和吸湿性能。
　　最后，实验制备了PAN/PVDF-HFP/PAN热压复合纳米纤维膜，经热压粘合处理之后获得了力学性能和润湿吸湿性能均较好的电纺膜。实验结果表明:热处理有助于纳米纤维之间的粘结，纳米纤维的孔径会缩小。在130℃以内，随着温度的升高，拉伸断裂强度增加(最高可达12MPa)，但纳米纤维膜润湿性降低（接触角由70°增加到110°）;超过130℃，热处理对纤维造成损伤，纤维强度下降。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 超级电容器简介

1．2．1 超级电容器

1．2．2 超级电容器原理

1．2．3 超级电容器隔膜

1．3 静电纺技术简介

1．3．1 静电纺

1．3．2 静电纺原理

1．3．3 静电纺设备

1．3．4 静电纺纳米纤维膜

1．4 聚丙烯腈(PAN)与聚偏氟乙烯(PVDF-HFP)简介

1．4．1 聚丙烯腈简介

1．4．2 聚偏氟乙烯简介

1．5 本课题研究目的、内容及意义

1．5．1 课题研究目的

1．5．2 课题研究内容

1．5．3 课题研究意义

第二章 PAN纳米纤维膜的制备与参数优化

2．1 实验设备、原料和仪器

2．1．1 实验设备

2．1．2 实验原料

2．1．3 实验仪器

2．2 实验内容

2．2．1 纺丝溶液配制

2．2．2 静电纺丝工艺参数实验

2．2．3 PAN静电纺纳米纤维膜制备

2．3 工艺参数的分析与优化

2．3．1 单因子实验

2．3．2 正交实验

2．4 本章小结

第三章 PVDF-HFP纳米纤维膜的制备与参数优化

3．1 实验设备、原料和仪器

3．1．1 实验设备

3．1．2 实验原料

3．1．3 实验仪器

3．2 实验内容

3．2．1 纺丝溶液配制

3．2．2 静电纺丝工艺参数实验

3．2．3 PVDF-HFP静电纺纳米纤维膜制备

3．3 工艺参数的分析与优化

3．3．1 单因子实验

3．3．2 正交实验

3．4 本章小结

第四章 PAN／PVDF-HFP／PAN热压复合膜的制备与优化

4．1 实验设备、原料和仪器

4．1．1 实验设备

4．1．2 实验原料

4．1．3 实验仪器

4．2 实验内容

4．2．1 PAN和PVDF-HFP纺丝液配制

4．2．2 PAN和PVDF-HFP纳米纤维膜纺制

4．2．3 PVDF-HFP纳米纤维膜DSC测试

4．2．3 PAN和PVDF-HFP纳米纤维膜热压复合

4．3 本章总结

第五章 电纺膜隔膜性能测试及分析

5．1 隔膜性能测试方法

5．1．1 纤维形貌SEM扫描表征

5．1．2 厚度

5．1．3 力学性能

5．1．4 透气性能

5．1．5 润湿性能

5．1．6 吸液率测试

5．1．7 保液率测试

5．1．8 超级电容器的电化学测试

5．2 隔膜性能测试分析

5．2．1 纤维形貌SEM

5．2．2 厚度

5．2．3 力学性能

5．2．4 透气性能

5．2．5 润湿性能

5．2．6 吸液率分析

5．2．7 超级电容器的电化学测试

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

硕士期间发表论文

致谢