本发明专利技术实施例提供了一种电能储能薄膜，以聚间氨基苯磺酸锂为骨架，按重量份数比计，包括：聚间氨基苯磺酸锂110~120份，增稠剂1~15份，以及粘结剂1~15份。该电能储能薄膜可以在无电解液存在的情况下直接与集流体组成电能储能装置使用，单位面积电荷存储量高、单位体积能量密度高、绿色环保，成本低廉，适于大规模生产。本发明专利技术实施例还提供了该电能储能薄膜的制备方法，包括化学聚合法制备聚间氨基苯磺酸锂，以及静电纺丝法成膜处理，制得电能储能薄膜。本发明专利技术实施例还提供了包含该电能储能薄膜的电能储能装置，结构简单，应用在二次电池中时改善二次电池的电能储能能力，使得二次电池能够适用于大功率瞬间放电和备电领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源领域，特别是涉及一种电能储能薄膜及其制备方法、电能储能装置。
技术介绍
电能储能装置作为一种可供选择的能源备电解决方案，其广泛应用于不间断电源设备(UPS)供电，其作为功率型电源也应用于通信电子器件领域以及如调速轮、混合动力车等运输领域。由于气候变化和能源短缺，电力能源储存和管理正成为急需解决的问题。因此，人们越来越多的认识到传统能源对环境的负面影响，由此推动着人们不断寻求可替代的绿色可持续能源。目前的储能技术主要依靠于铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池和锂离子电池等二次电池，这些二次电池通常由正极、负极、隔膜、壳体以及含有离子导电介质的电解液组成。这类储能技术建立在包含电解液的复杂构造基础之上，因此存在生产规模难以按比例放大和造价高昂的问题，以及存在电解液泄露的隐患，可能对环境造成污染破坏。超级电容器(又叫双电层电容器)是一种新型电能储能装置，由一对可极化电极和电解液组成，其充放电原理为当在两个电极上施加电场后，电解液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极与电解液接触的界面形成双电层；当撤销电场后，电极上的正、负电荷与电解液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正、负极之间产生相对稳定的电位差；当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，电解液中的离子迁移到电解液中成电中性。尽管超级电容器在电容量等方面已经相对其他二次电池有了显著的进步，但其仍然不够满 足大功率瞬间放电领域和备电领域的应用要求。这是因为，超级电容器的电容量大小于双电层区域面积的大小成正比(非双电层区域的那些无序的没计划的电荷是不参加储能的)，而该双电层区域面积即电极与电解液接触的界面大小有限并且双电层区域很薄，因此，双电层区域能够储存的电量受到一定的限制。鉴于此，尽早开发新型的构造简单、造价低廉、绿色环保并且储能高效的电能储能装置及相关结构材料显得十分重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例第一方面提供了一种电能储能薄膜，其可以在无电解液存在的情况下直接与集流体组成电能储能装置使用，单位面积电荷存储量高、绿色环保，成本低廉，可适于大规模生产。本专利技术实施例第二方面提供了所述电能储能薄膜的制备方法。本专利技术实施例第三方面提供了包含所述电能储能薄膜的电能储能装置，该电能储能装置结构简单，可适于大规模生产。第一方面，本专利技术实施例提供了一种电能储能薄膜，所述电能储能薄膜以聚间氨基苯磺酸锂为骨架，按重量份数比计，包括聚间氨基苯磺酸锂11(Γ120份，增稠剂f 15份，以及粘结剂广15份。所述电能储能薄膜为纳米线状材料，以聚间氨基苯磺酸锂为骨架，辅助适量的增稠剂和粘结剂为成膜材料，具有良好的韧性和柔性，可后续加工为各种形貌(比如卷曲和拉伸等)。所述聚间氨基苯横酸锂(Poly-m-aminobenzenesulfoniclithium,缩写为P-m-ABSA-: Li+)可由间氨基苯横酸(m-aminobenzenesulfonic acid,缩写为 m-ABSA)与锂化合物(例如LiOH、LiClO4和Li2CO3)通过化学聚合方法聚合形成。优选地，所述增稠剂为聚丙烯酸(PAA)或羧甲基纤维素钠(CMC)。优选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)、羧丙基甲基纤维素(HPMC)、丁苯橡胶乳(SBR)、聚乙烯醇(PVA)或聚氧化乙烯(PEO)。优选地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。优选地，按重量份数比计，所述电能储能薄膜包括聚间氨基苯磺酸锂115份，增稠剂10份，粘结剂10份。优选地,所述电能储能薄膜的厚度为0. 10 0. 15mm。所述一种电能储能薄膜按照本专利技术实施例第二方面提供的制备方法制得。本专利技术实施例第一方面提供的电能储能薄膜可以在无电解液存在的情况下直接与集流体组成电能储能装置使用。室温条件下，聚合物聚间氨基苯磺酸锂中阳离子Li+处在带负电荷的聚间氨基苯磺酸根P-m-ABSA—周围；当开始充电时，活动的阳离子Li+将移向电极负极，出现偏离原平衡状态的极化现象，同时，作为高分子聚合物骨架的聚间氨基苯磺酸根P-m-ABSA—是固定的不移动的，因此在Li+和P-m-ABSA—之间将出现一定的电势差，整个电能储能薄膜构成一个极化体，电能以这种形式被存储在电能储能薄膜中；当电能储能薄膜处于放电状态时，阳离子Li+又会重新回到带负电荷的聚间氨基苯磺酸根`围，使得整个电能储能薄膜处于电中性状态。由此可见，所述电能储能薄膜基于大块极化区域机理储存能量，克服了超级电容器仅靠电极和电解液接触界面的双电层区域储能的局限性，以及不需要靠外加电解液传输阳离子Li+。本专利技术实施例第一方面提供的电能储能薄膜单位面积电荷存储量高、单位体积能量密度高、绿色环保，成本低廉，可适于大规模生产。第二方面，本专利技术实施例提供了一种电能储能薄膜的制备方法，包括以下步骤按摩尔比为10:12 15的比例取间氨基苯磺酸和锂化合物LiOH、LiClO4或Li2CO3,加入氧化剂过硫酸铵或过硫酸钠，配制成混合溶液，所述氧化剂的加入量为所述混合溶液总质量的10% 20%，调节所述混合溶液的pH值为2 5，在(T5°C温度下聚合反应10 12h，将聚合反应生成的沉淀进行过滤，过滤后收集滤饼，随后洗涤滤饼去除杂质，真空干燥，制得聚间氨基苯磺酸锂；按重量份数比计，分别取聚间氨基苯磺酸锂11(Γ120份，增稠剂广15份，粘结剂Γ15份，以及溶剂8(Γ150份，混合后配制成流状混溶体，通过静电纺丝法将所述流状混溶体进行成膜处理，制得电能储能薄膜。所述化学聚合法制备聚间氨基苯磺酸锂的过程中，单体间氨基苯磺酸和锂化合物在氧化剂的诱导下将在酸性溶液中通过链式肩并肩聚合的方式形成功能性的导电高分子聚合物，其导电性来自于高分子聚合物主链上的共轭电子域以及苯环骨架侧链上的带负电荷的磺酸基团。中性或碱性条件下的主链上质子被置换，形成亚醌型结构，失去共轭共轭体系，从而没有导电性。但是侧链上离子化的磺酸基团属于离子型导电体，在中性或碱性条件下主导聚间氨基苯磺酸锂的导电性能。优选地，所述锂化合物为LiOH。LiOH自身具有碱性，可以和P-m_ABSA形成聚合物锂盐，简单形成聚合物离子导体，具有高的导电率与耐高温性能。优选地，所述混合溶液的pH值通过加入盐酸或硝酸调节。所述聚合反应温度可通过冰浴或恒温箱维持。优选地，所述聚合反应温度为0°C，时间为12h，以达到高效聚合。聚合反应后生成沉淀，将聚合反应生成的沉淀进行过滤，洗涤去除杂质。优选地，过滤采用布氏漏斗进行。优选地，洗涤滤饼为用二次蒸馏水、乙醇和二次蒸馏水依次对所述滤饼进行洗涤。随后真空干燥，制得聚间氨基苯磺酸锂。优选地，真空干燥的温度为45°C。优选地，所述增稠剂为聚丙烯酸(PAA)或羧甲基纤维素钠(CMC)。更优选地，所述增稠剂为聚丙烯酸(PAA)，分子量在2000-3500之间。优选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)、羧丙基甲基纤维素(HPMC)、丁苯橡胶乳(SBR)、聚乙烯醇(PVA)或聚氧化乙烯(ΡΕ0)。更优选地，所述粘结剂为聚乙烯(PE)，分子量在5000-6000之间。优选地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。优选地，分别取聚间氨基苯磺酸锂115份，增稠剂10份本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电能储能薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按摩尔比为10:12~15的比例取间氨基苯磺酸和锂化合物LiOH、LiClO4或Li2CO3，加入氧化剂过硫酸铵或过硫酸钠，配制成混合溶液，所述氧化剂的加入量为所述混合溶液总质量的10%～20%，调节所述混合溶液的pH值为2~5，在0~5℃温度下聚合反应10～12h，将聚合反应生成的沉淀进行过滤，过滤后收集滤饼，随后洗涤滤饼去除杂质，真空干燥，制得聚间氨基苯磺酸锂；按重量份数比计，分别取聚间氨基苯磺酸锂110~120份，增稠剂1~15份，粘结剂1~15份，以及溶剂80~150份，混合后配制成流状混溶体，通过静电纺丝法将所述流状混溶体进行成膜处理，制得电能储能薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种电能储能薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 按摩尔比为10:12 15的比例取间氨基苯磺酸和锂化合物LiOH、LiClO4或Li2CO3，加入氧化剂过硫酸铵或过硫酸钠，配制成混合溶液，所述氧化剂的加入量为所述混合溶液总质量的10% 20%，调节所述混合溶液的pH值为2 5，在(T5°C温度下聚合反应10 12h，将聚合反应生成的沉淀进行过滤，过滤后收集滤饼，随后洗涤滤饼去除杂质，真空干燥，制得聚间氨基苯磺酸锂； 按重量份数比计，分别取聚间氨基苯磺酸锂11(Γ120份，增稠剂f 15份，粘结剂广15份，以及溶剂8(Γ150份，混合后配制成流状混溶体，通过静电纺丝法将所述流状混溶体进行成膜处理，制得电能储能薄膜。2.如权利要求1所述的电能储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述洗涤滤饼去除杂质包括用二次蒸馏水、乙醇和二次蒸馏水依次对所述滤饼进行洗涤，以去除杂质。3.如权利要求1所述的电能储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述增稠剂为聚丙烯酸或羧甲基纤维素钠，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚乙烯、羧丙基甲基纤维素、丁苯橡胶乳、聚乙烯醇或聚氧化乙烯，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。4.如权利要求1任一项所述的电能储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述混合后配制成流状混溶体包括将所述增稠剂溶解于所述溶剂中制备胶料，在所述胶料中加入所述聚间氨基苯磺酸锂和所述粘结剂，搅拌后制得流状混溶体。5.如权利要求1-4任一项所述的电能储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述通过静...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾东，王兴杰，乐斌，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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