[發(fā)明專利]石墨紙?鈦酸鋇/聚酰亞胺一體化復合薄膜電容器

有效

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• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104036957B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王瑋;初蕾;朱志斌;董嬌;孫峰;孫明亮;郭靜靜;朱永波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學
• 主分類號: H01G4/33
• 分類號: H01G4/33;C08G73/10;C09D179/08;C09D7/12;B05D7/24;B05D1/18
• 代理公司: 青島海昊知識產(chǎn)權(quán)事務所有限公司37201
• 代理人: 王鐸

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨紙-鈦酸鋇/聚酰亞胺一體化復合薄膜電容器以及制備該電容器的方法。

背景技術(shù)

片式電容器作為一類通用型電容器，與其他電容器相比具有產(chǎn)品性能好、可靠性高的優(yōu)點。它是采用介電層與電極層交替疊加形成層狀結(jié)構(gòu)，再通過端電極將各個單片電容器兩端電極分別聯(lián)通，形成單片薄膜電容器的并聯(lián)，最后再進行密封。

目前片式電容器的研究重點在于設(shè)計介電層薄膜新材料體系以提高介電層的介電常數(shù)、降低介質(zhì)層的厚度、提高介電層數(shù)量；有效結(jié)合介電層與導電層；電極的引出等。

在已公開的石墨紙-鈦酸鋇超級電容器中，采用石墨紙作電極可以有效降低薄膜厚度，但還是無法達到有機塑料薄膜的厚度優(yōu)勢。此外，單一陶瓷鈦酸鋇薄膜電容器需要采用高溫燒結(jié)工藝以改善顆粒間相互作用力，且燒結(jié)溫度都在1100℃以上，這對設(shè)備及操作環(huán)境都有很高要求，而且能耗高，難以大面積制備，這些都會限制新型電容器的應用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種石墨紙-鈦酸鋇/聚酰亞胺一體化復合薄膜電容器，通過在單一陶瓷薄膜體系中加入聚合物，明顯改善薄膜厚度，增加介電層數(shù)量。

同時，本發(fā)明的另一個目的是提供一種工藝簡單，成本低的上述復合薄膜電容器的制備方法，可以避免單一陶瓷薄膜體系需要的高溫燒結(jié)過程，大大減少能耗，降低對設(shè)備及操作要求，還可以大面積制備，有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的石墨紙-鈦酸鋇/聚酰亞胺一體化復合薄膜電容器采用鈦酸鋇/聚酰亞胺復合材料作為介電層，石墨紙作為內(nèi)電極，同時以石墨紙作為鈦酸鋇/聚酰亞胺的載體，并采用聚酰亞胺作為外殼封裝材料。

本發(fā)明的石墨紙-鈦酸鋇/聚酰亞胺一體化復合薄膜電容器的具體結(jié)構(gòu)如下：包括一層或多層石墨紙內(nèi)電極、內(nèi)電極之間的介電層、兩端的端電極，其特征在于它以鈦酸鋇/聚酰亞胺復合薄膜為介電層，所述介電層是以石墨紙為載體，通過提拉法一體化制備；并采用聚酰亞胺作為外殼封裝材料。

本發(fā)明采用提拉法制備石墨紙-鈦酸鋇/聚酰亞胺薄膜，再通過真空熱酰亞胺化反應，脫除溶劑、排除易于引起擊穿的空氣微泡，從而提高介電常數(shù)，制備高介電性能的石墨紙-鈦酸鋇/聚酰亞胺一體化復合薄膜電容器。其中，石墨紙具有雙重作用，一是電極材料，可以有效降低薄膜電容器的制作成本，二是介電層薄膜的載體，實現(xiàn)介電層與導電層的一體化制備，簡化制備工藝。聚酰亞胺改善了單一陶瓷薄膜體系的厚度，薄膜厚度減小，則疊片數(shù)量和介電層數(shù)就越多，從而增加電容器的電容量。

本發(fā)明具體的制備方法如下：

第一步：預處理過程：先將鈦酸鋇粉末加入到質(zhì)量分數(shù)為95%的無水乙醇中，超聲分散1h后，離心，洗滌，干燥，備用；將剪好的石墨紙電極用壓片機壓至平整，用無水乙醇擦拭之后晾干，備用。

第二步：涂覆膜的制備：在氮氣保護下，將二胺和二酸酐以等物質(zhì)的量比例加入到有機溶劑中，強力攪拌1-4h，得到質(zhì)量百分含量為10-20%的聚酰胺酸溶液，再將超聲分散后得到的鈦酸鋇粒子加入到上述溶液中，攪拌18-24h，得到鈦酸鋇/聚酰胺酸混合液；石墨紙采用浸漬提拉機以1-10cm/min的速度在鈦酸鋇/聚酰胺酸混合液中提拉，得到鈦酸鋇/聚酰胺酸涂覆膜。

第三步：電容器的封裝：先取上述聚酰胺酸溶液置于模具底層，再將提拉制備的鈦酸鋇/聚酰胺酸涂覆膜按照薄膜電容器的結(jié)構(gòu)疊片，然后再取適量的聚酰胺酸溶液鋪于疊片上層，最后整體封裝。

第四步：電容器的成型：經(jīng)過真空程序加熱脫除溶劑、熱酰亞胺化，得到多層石墨紙-鈦酸鋇/聚酰亞胺一體化復合薄膜電容器；真空程序加熱為真空中分別在60℃、120℃、180℃、240℃、300℃下各干燥0.5-1h，之后自然冷卻。

其中，步驟（2）中所述二胺為4,4’-二氨基二苯醚（4,4’-ODA），3,4’-二氨基二苯醚（3,4’-ODA），4,4’-雙（4-氨基苯氧基）二苯砜（Pbaps）中的一種。

所述二酸酐為均苯四甲酸二酐（PMDA），3,3’,4,4’-二苯酮四甲基二酐（BTDA），聯(lián)苯四酸二酐（BPDA）中的一種。

所述有機溶劑為N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），N,N-二甲基甲酰胺（DMF），N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）中的一種。

所述鈦酸鋇/聚酰胺酸混合液中鈦酸鋇的體積百分比為10%-90%，所述聚合物的體積百分比為90%-10%。

所述鈦酸鋇的粒徑為50-200nm。