[發明專利]一種雙層介質薄膜及其制備方法和薄膜電容器

在審

• 申請號: 202010199040.9
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111341561A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 黨智敏;鄭明勝;鐘少龍;裴家耀
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網北京市電力公司
• 主分類號: H01G4/33
• 分類號: H01G4/33;H01G4/20
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 劉凱強;張奎燕

一種雙層介質薄膜及其制備方法和薄膜電容器，其中，第一層薄膜采用薄膜電容器常用的雙向拉伸聚丙烯BOPP、雙向拉伸聚酯BOPET等，第二層膜由無機納米顆粒與聚合物膠粘劑復合而成。所述無機納米顆粒為無機納米金屬氧化物顆粒和鈦酸鋇顆粒中的一種或多種。所述雙層介質薄膜的制備方法包括，首先將無機納米顆粒在水中超聲分散后加入膠粘劑攪拌均勻制得混合物，將所述混合物通過涂布設備涂覆在第一層膜上；其次將薄膜干燥處理，即得雙層介質薄膜。使用上述雙層介質薄膜制得的雙層介質薄膜電容器的容量可達1μF，并具有優良散熱特性和高儲能密度的特征，預期在電力電子等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及有機電介質薄膜電容器領域，為一種雙層介質薄膜及其制備方法和薄膜電容器，尤指一種高效散熱、高儲能密度的薄膜電容器。

背景技術

電力電子設備的工作頻率不斷升高，所用的薄膜的電容器在連續工作時具有顯著的溫升特征，高溫長期作用嚴重影響薄膜電容器安全和壽命。同時，隨著電力電子工業的發展，目前應用的薄膜電容器都在追求器件的小型化和高性能化。因此，具有高效散熱和高儲能密度的薄膜電容器是研發的重要技術方向，將為器件的系統集成和應用起到重要作用。

現有薄膜電容器全部采用單層介質薄膜卷繞而成，所用介質材料是由純聚合物構成，受限于這些聚合物本征結構的影響，這些聚合物的熱導率和儲能密度都較低。為了改善薄膜電容器的散熱效率和儲能密度等特性，直接與這類聚合復合將影響材料的耐電強度等性能。因此，克服現有聚合物介質薄膜特性的不利因素成為薄膜電容器發展的關鍵所在。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種雙層介質薄膜及其制備方法和薄膜電容器，采用雙層介質薄膜技術能夠顯著改善薄膜電容器的特性，現有技術中的薄膜的介電常數較低，導熱性差，通過第二層膜中的高介電納米顆粒，不但提升了介電常數、還提供了足夠大的耐電強度，提高了薄膜的導熱散熱能力以及儲能密度特性。

本發明具有如下特點：材料制備方法容易、電容器卷繞工藝不受影響、易推廣、實用性強，可以使薄膜電容器散熱效率和儲能密度大幅提高。

本發明提供了一種雙層介質薄膜，所述雙層介質薄膜包括第一層膜和第二層薄膜；

所述第一層膜包括雙向拉伸聚丙烯BOPP、雙向拉伸聚酯BOPET中的一種或多種；所述第二層膜由無機納米顆粒與聚合物膠粘劑組成；

所述無機納米顆粒為無機納米金屬氧化物顆粒和鈦酸鋇顆粒中的一種或多種。

優選地，所述第一層膜由雙向拉伸聚丙烯BOPP、雙向拉伸聚酯BOPET中的一種或多種組成。

在本發明提供的雙層介質薄膜的厚度為3.2-7.8微米；優選地，所述雙層介質薄膜的厚度為4.0-7.0微米。

在本發明提供的雙層介質薄膜中，所述第一層膜的厚度為2.0-5.8微米，所述第二層膜厚度為0.2-2.0微米。

在本發明提供的雙層介質薄膜中，所述聚合物膠粘劑選自聚丙烯酸酯乳液和聚丙烯腈乳液中的一種或多種。

在本發明提供的雙層介質薄膜中，所述無機納米金屬氧化物顆粒選自納米Al₂O₃、MgO和TiO₂中的一種或多種；

可選地，所述無機納米顆粒的粒徑為10-200nm。

在本發明提供的雙層介質薄膜中，所述第二層膜中，無機納米顆粒與聚合物膠粘劑的質量比為(10-80):(90-20)。

另一方面，本發明提供了上述的雙層介質薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)無機納米顆粒先在水中超聲分散后加入膠粘劑攪拌均勻制得混合物，將所述混合物通過涂布設備涂覆在第一層膜上；