[發(fā)明專利]一種聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號(hào): CN111234382A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黨智敏;鄭明勝;劉標(biāo);鐘少龍
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);國網(wǎng)北京市電力公司
• 主分類號(hào): C08L23/12
• 分類號(hào): C08L23/12;C08K9/04;C08K3/24;C08J5/18;H01G4/18;H01G4/33
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 劉凱強(qiáng);張奎燕

一種聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料及其制備方法，所述聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料包括核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒和聚丙烯；所述核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的核為鈦酸鋇，殼為聚甲基丙烯酸甲酯；所述聚丙烯和鈦酸鋇納米顆粒進(jìn)行熔融共混即得聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料。本申請得到的高儲(chǔ)能聚丙烯基復(fù)合電介質(zhì)材料具有低成本、低密度、韌性好、易拉膜、高儲(chǔ)能和高充放電效率等特點(diǎn)，顯著降低了目前簡單填充體系材料的介電損耗，提高了儲(chǔ)能密度和充放電效率。本發(fā)明提供的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒/聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料不僅介電性能優(yōu)異，而且儲(chǔ)能和充放電效率高、加工性能良好，在薄膜電容器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本文涉及有機(jī)電介質(zhì)薄膜電容器領(lǐng)域，尤指一種聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料及其制備方法。

背景技術(shù)

具有高功率特性的有機(jī)薄膜電介質(zhì)電容器因其微納秒級(jí)的充放電速度、較寬廣的工作溫度/頻率范圍、輕量化/運(yùn)行穩(wěn)定等特性，成為支撐我國輸變電工程、新能源汽車、柔性儲(chǔ)能器件和尖端軍事武器等領(lǐng)域的關(guān)鍵核心器件。

電介質(zhì)材料的特性直接決定了薄膜電容器的最終性能。當(dāng)前，電容器用薄膜主要由線性電介質(zhì)組成。例如目前最常用的雙軸拉伸聚丙烯(BOPP)線性電介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是介電損耗小，擊穿場強(qiáng)高。但其較低的介電常數(shù)(約2.2)限制了最大儲(chǔ)能密度僅為1～2J/cm³。因此，如何設(shè)計(jì)和研制出具有優(yōu)良柔韌特性的高介電常數(shù)和高擊穿場強(qiáng)的聚丙烯(PP)基復(fù)合電介質(zhì)是實(shí)現(xiàn)其儲(chǔ)能密度提升的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種高儲(chǔ)能密度、高充放電效率的聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料及其制備方法，通過核為鈦酸鋇，殼為聚甲基丙烯酸甲酯形成的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒與聚丙烯的協(xié)同作用抑制了介電損耗，提高了薄膜材料的介電常數(shù)、擊穿電場、儲(chǔ)能密度和充放電效率，實(shí)現(xiàn)了低含量填充的等規(guī)聚丙烯基復(fù)合材料的高儲(chǔ)能和充放電特性，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。本發(fā)明產(chǎn)品具有如下特點(diǎn)：制備方法容易、組成原料配方合理、易推廣、實(shí)用性強(qiáng)，可以使薄膜電容器電介質(zhì)的儲(chǔ)能特性和充放電效率大幅提高。

本發(fā)明提供了一種聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料，所述聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料包括核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒和聚丙烯；

可選地，所述聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料僅由核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒和聚丙烯組成。

在本發(fā)明提供的聚丙烯復(fù)合介電材料中，所述核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的核為鈦酸鋇，殼為聚甲基丙烯酸甲酯；

在本發(fā)明提供的聚丙烯復(fù)合介電材料中，所述聚丙烯和核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒通過熔融共混即得聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料。

在本發(fā)明提供的聚丙烯復(fù)合介電材料中，所述核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒和聚丙烯的質(zhì)量比為(5-15):(85-95)。

在本發(fā)明提供的聚丙烯復(fù)合介電材料中，所述聚丙烯為等規(guī)聚丙烯。

在本發(fā)明提供的聚丙烯復(fù)合介電材料中，所述核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒中鈦酸鋇的粒徑為50-150nm，所述聚甲基丙烯酸甲酯的厚度為2-10nm。

在本發(fā)明提供的聚丙烯復(fù)合介電材料中，優(yōu)選地，所述核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒中鈦酸鋇的粒徑為50～70nm，所述聚甲基丙烯酸甲酯的厚度為4-10nm。

在本發(fā)明提供的聚丙烯復(fù)合介電材料中，所述熔融共混的溫度為190-280℃。

在本發(fā)明提供的聚丙烯復(fù)合介電材料中，所述核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒和聚丙烯使用哈克轉(zhuǎn)矩流變儀在50-100rpm轉(zhuǎn)速下熔融共混10-30min。

另一方面，本發(fā)明提供了一種聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)薄膜，所述聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)薄膜使用上述的聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料為原料，經(jīng)過干燥、熱壓、循環(huán)排氣泡后降溫即得聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)薄膜。

優(yōu)選地，所述復(fù)合電介質(zhì)薄膜僅由上述聚丙烯復(fù)合電介質(zhì)材料組成。

在本發(fā)明提供的復(fù)合電介質(zhì)薄膜中，所述干燥溫度為50-80℃，干燥時(shí)間為8-24h；