[發明專利]聚合物基電介質材料及薄膜電容器

有效

• 申請號: 201811516279.3
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN111303567B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 于淑會;于均益;孫蓉
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K3/30;H01G4/33;H01G4/18
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;呂穎

本發明提供了一種聚合物基電介質材料，其包括聚合物基體及均勻填充在該聚合物基體中的電介質填料；其中，電介質填料是一種化學式為X_mY_n?iZ_i的無機化合物，其是由具有穩定晶體結構的化學式為X_mY_n的無機化合物通過等化合價、異電負性取代形成等電子陷阱結構而獲得的；其中，m與n的比值表示元素Y和元素X的化合價的最簡比。根據本發明的聚合物基電介質材料中的電介質填料具有等電子缺陷，從而使該聚合物基電介質材料具有更高的電場擊穿強度和儲能密度、以及更低的介電損耗。本發明還公開了以上述聚合物基電介質材料作為電介質層材料的薄膜電容器。

技術領域

本發明屬于復合電介質材料技術領域，具體來講，涉及一種聚合物基電介質材料、以及以該聚合物基電介質材料作為電介質層材料的薄膜電容器。

背景技術

隨著經濟的快速發展，人類對能源的需求越來越大，對能源的存儲和釋放方式的要求也越加苛刻；因此，相關儲能技術受到了廣泛關注和應用。相比于其他電子儲能器件，薄膜電容器具有充放電速率快和功率密度高等特點，但是其儲能密度卻很不理想。高介電、高擊穿強度的聚合物基復合薄膜介電材料綜合了無機填料和聚合物的優點，具有較高的儲能密度、柔性、加工簡單、成本低廉、利于大規模生產等特性，引起廣泛關注和研究；然而，含有填料的聚合物基復合薄膜介電材料的介擊穿強度難以提升，這極大地限制了聚合物基復合薄膜介電材料的應用。

以高耐壓的聚合物薄膜材料作為介質的薄膜電容器在電子電氣領域具有十分重要的應用，尤其在電動汽車、武器(電磁彈射等)等方面，更加需要耐高壓和高儲能密度的儲能設備。因此，有效提升聚合物基復合薄膜介電材料的耐高壓能力和儲能密度，對國家安全以及民生建設都有極其重要的意義。

為了能夠使得聚合物基復合薄膜介電材料的擊穿強度提升，人們做出了許多探索，如BT/PVDF復合材料、三明治結構聚合物復合介電材料等，其對介電性能有了一定程度的改善。然而BT/PVDF復合材料雖然介電常數有所提高但對擊穿強度的提升有限，甚至使得復合物擊穿強度下降，三明治結構聚合物復合介電材料雖然對介電擊穿和介電常數都有所提升，但其工藝復雜成本高難以實現規模生產。

發明內容

為解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種聚合物基電介質材料、以及以該聚合物基電介質材料作為電介質層材料的薄膜電容器，該聚合物基電介質材料中的電介質填料具有等電子缺陷，從而使該聚合物基電介質材料具有更高的電場擊穿強度和儲能密度、以及更低的介電損耗。

為了達到上述發明目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種聚合物基電介質材料，包括聚合物基體及均勻填充在所述聚合物基體中的電介質填料；其中，所述電介質填料是一種化學式為X_mY_n-iZ_i的無機化合物；所述電介質填料是由具有穩定晶體結構的化學式為X_mY_n的無機化合物通過等化合價、異電負性取代形成等電子陷阱結構而獲得的；其中，m與n的比值表示元素Y和元素X的化合價的最簡比。

進一步地，在化學式X_mY_n-iZ_i中，Z元素與Y元素為同族且電負性不同的兩種元素，或Z元素與Y元素為不同族且化合價相同、電負性不同的兩種元素。

進一步地，所述Z元素與所述Y元素均為主族元素。

進一步地，所述Z元素與所述Y元素均選自N、P、As、O、S、Se、Te中的任意一種。

進一步地，i與n-i的比值大于1:99且小于等于49:51。