[發明專利]一種聚酰亞胺電介質薄膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810599986.7
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108841003B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 佟輝;徐菊
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08J5/18;C08L79/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種聚酰亞胺電介質薄膜，由含有極性基團和/或柔性鍵接結構二胺單體和含有極性基團和/或柔性鍵接結構二酐單體經過縮合聚合，并經過后續熱酰亞胺化處理得到，制備方法如下：在惰性氣體保護下，將二胺單體溶解于有機溶劑中后，加入二酐單體，攪拌得到均相溶液，并在一定溫度下繼續反應4～10小時，得到聚酰胺酸(PAA)溶液。將聚酰胺酸溶液涂覆于基底上，經過升溫、烘干處理后，浸入去離子水中剝離，然后再次烘干處理，得到聚酰亞胺電介質薄膜。本發明聚酰亞胺電介質薄膜可耐受230℃高溫。本發明聚酰亞胺電介質薄膜用于金屬化薄膜電容器。

技術領域

本發明涉及膜電容器技術領域，具體的涉及一種膜電容器用耐高溫聚酰亞胺電介質薄膜及其制備方法與應用。

背景技術

聚合物薄膜電容器廣泛應用于微電子裝置和電力系統，包括電動汽車和混合電動汽車中的電力電子，電網逆變器/轉換器，脈沖電源設備等領域。以電動汽車或混合動氣汽車為例，由于下一代功率電子對大量能量快速充放電的需求，能量存儲和功率調節變得越來越必要，要求聚合物電介質薄膜具有高擊穿強度，高介電常數和低介電損耗等性質。現有薄膜電容器中聚丙烯電介質的性能已經不能滿足溫度要求，例如，聚丙烯耐溫性差，收縮率大，長時使用溫度105℃左右，而電動汽車的應用環境溫度為115℃以上，因此隨著工作時間的加長，聚丙烯電容器內部溫度升高，導致其穩定性急劇下降甚至失效。因此，考慮玻璃化溫度(T_g)150℃的高性能聚合物作為苛刻環境的電介質薄膜材料。

專利CN201180045116.1公開了一種基于偏二氟乙烯系樹脂的膜電容器用膜，不過該樹脂的介電損耗較高，并且制備過程較為繁瑣，并設計高壓操作，能量損耗高。專利CN102930982 A披露了基于嵌段聚苯乙烯的電容器薄膜，然而，該薄膜介電常數較低(1.7～3.3)，不利于薄膜電容器儲能密度的提高。Ma等人設計含有不同基團如-NH-，-C(＝O)-和-O-等的聚酰亞胺分子結構。最高介電常數可達7.8，能量密度～15J/cm³，但是它們的T_g很低，難以在150℃下長期使用(Rui Ma,Aaron F.Baldwin,Chenchen Wang,Ido Offenbach,Mukerrem Cakmak,Rampi Ramprasad,and Gregory Allen Sotzing.Rationally DesignedPolyimides for High Energy Density Capacitor Applications.ACS AppliedMaterials and Interfaces,2014,6(13):10445-10451)。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種膜電容器用耐高溫聚酰亞胺電介質薄膜，以及上述電介質薄膜的制備方法與應用。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種聚酰亞胺電介質薄膜，所述薄膜的分子結構由二酐單體單元和二胺單體單元組成，其中，二酐單體單元中含有極性基團和/或柔性鍵接結構，二胺單體單元中含有極性基團和/或柔性鍵接結構。所述聚酰亞胺電介質薄膜的具有下述式I所示的結構通式：

式I其中，Ar₁選自式II或式III中的任意一種：

其中，B1選自—、-O-、中的任意一種；

其中，B₂選自-O-、中的任意一種，B₃選自-O-、中的任意一種，B₂、B₃相同或者不相同；

Ar₂選自式IV、式V或式VI中的任意一種：