【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源俘能材料和储能电池器件领域，具体涉及一种结构可调的柔性尼龙11压电分离纤维膜及制备方法和应用，主要应用在俘能器件、储能电池、紧急能源供应和微小型智能可穿戴能源系统等领域。
技术介绍
1、尼龙11作为奇数尼龙家族中研究最多的成员，是未来电子设备或储能系统的一种有前途的功能材料。然而，以常规方式如涂布、流延及单/双向拉伸制备所得到的尼龙11多为平面薄膜或块体等二维结构，不能发挥其有效的压电输出性能。因此，通过结构优化或设计更高维度的结构材料至关重要。
2、静电纺丝技术可用来制备一、二和三维结构器件，具有操作简单、条件可控、成本低等优点。此外，还可通过精确控制纺丝条件及静电纺丝后处理来调节纤维结构如多孔、中空等结构，优化纤维性能，从而达到定制化应用。但是，在静电纺丝纺制尼龙11纤维的过程中不可避免地会形成最稳定的非压/铁电α相。
3、柔性电源的研制是解决可穿戴电子设备在没有电源或充电基座的情况下工作问题的一种有前途的策略。柔性自充电电池是一种通过具有压电效应的力-电转换同步收集和储存能量的储能装置。其中，压电隔膜具有双重功能，一方面充当电池的隔膜具有防止电池短路的作用，另一方面可作为压电电解质在内电路提供压电势驱动离子迁移进而达到自充电的效果。目前，还没有将尼龙11用于柔性自充电电池的研究报道。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供一种结构可调的柔性尼龙11压电分离纤维膜及制备方法和应用，本专利技术具有技术简单、柔性轻质、结
2、为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种结构可调的柔性尼龙11压电分离纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将尼龙11颗粒和无机纳米填料加入至共溶剂系统中反应，制得均质基体溶液a；
5、(2)将尼龙11颗粒和聚乙二醇加入至共溶剂系统中反应，制得均质基体溶液b；
6、(3)对均质基体溶液a和b进行消泡处理，然后经同轴静电纺丝成膜，制得结构可调的柔性尼龙11压电分离纤维膜。
7、进一步地，尼龙11颗粒为市售产品，如：rtp尼龙11、法国阿科玛尼龙11besmotl等。
8、进一步地，步骤(1)中尼龙11颗粒与共溶剂系统的质量比为1:1～5；尼龙11颗粒与无机纳米填料的质量比为1～2:0～0.5。
9、进一步地，步骤(2)中尼龙11颗粒、聚乙二醇和共溶剂系统的质量比为0～2.5:5～20:5-15。
10、进一步地，共溶剂系统包括体积比为1:1～10的有机质子酸溶剂和良性溶剂。
11、进一步地，有机质子酸溶剂为甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苯甲酸、丙二酸、三氯乙酸和三氟乙酸中的至少一种；
12、良性溶剂为六氟异丙醇、丙酮和二氯甲烷中的至少一种。
13、进一步地，无机纳米填料为纳米钛酸钡、纳米氧化锌、锆钛酸铅、碳纳米管和石墨烯纳米片中的至少一种。
14、进一步地，步骤(1)和步骤(2)中的反应温度为25～70℃，搅拌速度为200～600rpm。
15、进一步地，聚乙二醇为peg300、peg600和peg4000中的至少一种。
16、进一步地，步骤(3)中同轴静电纺丝工艺为：
17、推注a中的溶液为均质基体溶液b，其速率为1.0-2.5ml/h；
18、推注b中的溶液为均质基体溶液a，其速率为2.0-7.5ml/h；
19、针头到辊轴的轴距为5-15cm；
20、接收器滚筒的转速为30-500rpm；
21、正电压为12-18v，负电压为-1.0～-1.5v。
22、进一步地，消泡时间为1～5min。
23、进一步地，静电纺丝后还包括真空退火、纯水浸泡超声置换以及干燥处理，其中，真空退火温度为40-120℃，退火时间为2-6h，纯水浸泡超声置换时间为0.5-2.5h，干燥处理方式为真空干燥或冷冻干燥，真空干燥温度为40-80℃，干燥时间为8-24h。
24、一种结构可调的柔性尼龙11压电分离纤维膜，采用上述方法制备得到。
25、上述柔性尼龙11压电分离纤维膜在制备柔性俘能器件和储能器件中的应用。
26、一种锂离子电池，该锂离子电池以上述柔性尼龙11压电分离纤维膜作为正极材料和负极材料间的隔膜。
27、进一步地，该锂离子电池为自充电锂离子电池。
28、进一步地，自充电锂离子电池的组装方法为：依次将正极极耳、正极片、隔膜、负极片、负极极耳对齐包裹于铝塑膜中，三边热封，留一边注入电解液；然后，将初步组装的软包锂离子电池放在真空烘箱中烘干一定时间，然后转入充满氩气气氛的手套箱中注入定量电解液，并使用真空热封机将其完全密封，最终制得自充电柔性锂离子电池。
29、进一步地，正极极耳为铝极耳，正极材料为磷酸铁锂(lifepo4)，隔膜为柔性中空尼龙11压电纤维膜，负极极耳为镍极耳，负极材料为石墨，真空干燥温度为60℃，真空干燥时间为12h，注入电解液为六氟磷酸锂电解液(1m lipf6in ec:dmc＝1:1vol％)。
30、本专利技术的有益效果：
31、1、本专利技术通过共溶剂诱导结晶、同轴静电纺丝及原位造孔相结合的方法对压电纤维膜的组成成分、宏观形貌和压电输出性能进行有效调控，通过本专利技术制得的压电纤维膜可以通过调整纺丝液的浓度有效调控纤维的尺寸，通过共溶剂诱导尼龙11中极性晶相(δ’相)的生成来提高压电活性相成分，并且通过调节针头到滚轴间的轴距和辊轴的转速来调控压电输出能力，改善纤维之间搭接的紧密性，从而大幅提升压电纤维膜的力电输出性能。
32、2、本专利技术可通过ab轴溶剂的浓度、针头到滚轴的间距、滚轴的转速及电场电压的大小来有效调控制得的柔性尼龙11压电分离纤维膜的结构形貌，比如：可以是实心结构、多孔结构、中空结构、网络交织结构、树突状结构和包覆结构等多种结构，进而调节其压电输出性能。
33、3、本专利技术中的纺丝液为可诱导高压电活性相尼龙11生成的共溶剂系统，并且通过静电纺丝和共溶剂系统协同增强诱导控制适用的亚稳晶相(高压电活性晶相)，如压电γ相或铁电δ′相的形成，提升尼龙11纤维的压电输出能力，使制得的尼龙11纤维具有高压电输出的协同效应和强柔韧性。
34、4、本专利技术所制备的压电纤维膜可作为电池的分离隔膜，且具有不受电解液溶胀、柔性高强度的优势，可用于制备柔性自充电电池，比如可自充电的锂离子电池，从而使得其在储能设备、紧急能源供应和微小型智能可穿戴能源系统中有巨大的潜在应用前景。
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1.一种结构可调的柔性尼龙11压电分离纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中尼龙11颗粒与共溶剂系统的质量比为1:1～5；尼龙11颗粒与无机纳米填料的质量比为1～2:0～0.5。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中尼龙11颗粒、聚乙二醇和共溶剂系统的质量比为0～2.5:5～20:5-15。
4.根据权利要求1～3所述的制备方法，其特征在于，共溶剂系统包括体积比为1:1～10的有机质子酸溶剂和良性溶剂；
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述无机纳米填料为纳米钛酸钡、纳米氧化锌、锆钛酸铅、碳纳米管和石墨烯纳米片中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中的反应温度为25～70℃，搅拌速度为200～600rpm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中同轴静电纺丝工艺为：
8.一种结构可调的柔性尼龙11压电分离纤维膜，其特征在于，采用权
9.权利要求8所述的柔性尼龙11压电分离纤维膜在制备柔性俘能器件和储能器件中的应用。
10.一种锂离子电池，其特征在于，该锂离子电池以权利要求8所述的柔性尼龙11压电分离纤维膜作为正极材料和负极材料间的隔膜。
...【技术特征摘要】
1.一种结构可调的柔性尼龙11压电分离纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中尼龙11颗粒与共溶剂系统的质量比为1:1～5；尼龙11颗粒与无机纳米填料的质量比为1～2:0～0.5。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中尼龙11颗粒、聚乙二醇和共溶剂系统的质量比为0～2.5:5～20:5-15。
4.根据权利要求1～3所述的制备方法，其特征在于，共溶剂系统包括体积比为1:1～10的有机质子酸溶剂和良性溶剂；
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述无机纳米填料为纳米钛酸钡、纳米氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员：张楚虹，魏兴能，刘新刚，王琪，张璇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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