[發明專利]一種高儲能效率鐵電聚合物基電介質薄膜、及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201710955078.2
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107705985B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 曾一;林元華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01G4/18
• 分類號: H01G4/18;H01G4/20
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發明涉及一種高儲能效率鐵電聚合物基電介質薄膜、及其制備方法和用途。本發明的鐵電聚合物基電介質薄膜含有偏氟乙烯?六氟丙烯共聚物P(VDF?co?HFP)和六方氮化硼h?BN，其中，以體積百分比計，兩者的配比為(100?x)％P(VDF?co?HFP)–x％h?BN，0<x≤7。本發明的鐵電聚合物基電介質薄膜具有高擊穿場強、高儲能密度以及高儲能效率，且無鉛環保、具有優異的儲能性能，適用于高密度儲能領域。

技術領域

本發明涉及一種高儲能效率鐵電聚合物基電介質薄膜、及其制備方法和用途，屬于電介質材料領域。

背景技術

介電電容器為基礎的儲能器件，比超級電容器和鋰電池等以電化學為基礎的儲能器件具有更高功率密度、更低損耗以及更高工作電壓等優點。因此，不僅僅是重要的基礎電子元件，同時也廣泛應用于電子電力系統、能源系統等方面基本的儲能器件。

目前商業化的聚合物基電介質材料比如BOPP的儲能密度僅～2J/cm³，與電化學電容器或電池相比低了一至兩個數量級。聚合物較低的儲能密度成為其進一步發展和應用的瓶頸。陶瓷類電介質具有大的介電常數和較高的擊穿場強，但是與聚合物薄膜電介質相比，其擊穿場強仍不夠高，并且體積大、非柔性，使得陶瓷類電介質在一些應用領域受到限制，而聚合物基電介質薄膜則具有柔性、體積小等特點，可以適應未來器件小型化、集成化等要求。

在傳統的高介電陶瓷材料和單一的聚合物薄膜材料發展高功率大容量電容器均存在若干弊端的情況下，人們把目光轉向了以聚合物為基體，以無機物為填料的聚合物納米復合電介質材料。因此，探索具有高儲能密度的復合電介質是本領域的研究熱點。

目前在聚合物基電介質薄膜中已經實現了大于商用BOPP薄膜的2J/cm³的儲能密度。其中具有代表性的材料如：Z.C.Zhang等人利用溶液法制備的P(VDF-co-CTFE)薄膜，該材料在400MV/m場強下的儲能密度約7～10J/cm³，M.R.Gadinski以及B.Chu等人分別通過單軸拉伸法將此類薄膜的擊穿場強提高至600～700MV/m，同時儲能密度提高至20J/cm³左右。但是這些材料在制備過程中采用的溶液法不適合應用在大規模生產中。因此，開發具有高擊穿場強、高儲能密度和便于生產的聚合物基電介質薄膜電介質材料成為本領域當前的急迫任務。

發明內容

發明要解決的問題

本發明的目的是提供一種鐵電聚合物基電介質薄膜、及其制備方法和用途。本發明的鐵電聚合物基電介質薄膜具有高擊穿場強、高儲能密度以及高儲能效率，制備方法簡單可行，便于生產。

用于解決問題的方案

本發明提供一種鐵電聚合物基電介質薄膜，所述薄膜含有偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物P(VDF-co-HFP)和六方氮化硼h-BN，其中，以體積百分比計，兩者的配比為(100-x)％P(VDF-co-HFP)–x％h-BN，0<x≤7。

根據本發明的鐵電聚合物基電介質薄膜，所述薄膜具有至少一個第一電介質層和與所述第一電介質層交替層疊的第二電介質層，

所述第一電介質層含有偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物P(VDF-co-HFP)和六方氮化硼h-BN，其中，以體積百分比計，兩者的配比為(100-x)％P(VDF-co-HFP)–x％h-BN，0<x≤7，

所述第二電介質層含有偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物P(VDF-co-HFP)。

根據本發明的鐵電聚合物基電介質薄膜，所述薄膜的厚度為5～30μm，優選為6～20μm。

根據本發明的鐵電聚合物基電介質薄膜，所述薄膜中，x為1～7，優選為1～5。