[發明專利]一種介電薄膜及其制備方法和薄膜電容器

有效

• 申請號: 202010199151.X
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111269448B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 黨智敏;鄭明勝
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網北京市電力公司
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L23/12;C08L27/16;C08L51/06;C08L55/02;C08L23/06;H01G4/33
• 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

一種介電薄膜及其制備方法和薄膜電容器。所述介電薄膜采用聚烯烴或聚酯或聚酰胺為基體材料，以聚偏氟乙烯類材料為功能改性組份，還含有相容劑。通過造粒工藝和固相拉伸工藝制備單層或多層全有機復合高介電儲能電工薄膜。采用此方法獲得的全有機復合高儲能介電薄膜具有優異的力學性能、介電性能、儲能性能及充放電特性。不同組成和物化特性的電工薄膜可望應用于各類新型高儲能薄膜電容器的設計。本發明所用的方法，具有配方原料易得、制備工藝與薄膜工業化生產相似、環境友好無污染等優點。未來可廣泛應用于國家電網工程、電子產品、新能源汽車、電磁彈射脈沖裝置等眾多領域。

技術領域

本文涉及新能源領域的高儲能薄膜電容器用新材料，尤指一種介電薄膜及其制備方法和薄膜電容器。

背景技術

隨著能源需求的不斷增加和化石燃料的持續消耗，提高傳統能源利用效率和拓展新能源使用范圍的問題日益凸顯。儲能電容器具有儲能密度高、充放電速度快、抗循壞老化、適用于高溫高壓等極端環境和性能穩定的優點，符合新時期能源利用的要求，在電力、電子系統中扮演著越來越重要的角色。隨著材料科學的發展，儲能電容器仍有較大的發展空間。當前，高儲能有機薄膜介質材料是新一代薄膜電容器實現高儲能密度的核心技術，改善其儲能特性的關鍵是研發高儲能密度介電薄膜。

隨著新能源汽車、電磁彈射脈沖裝置、國家電網等眾多儲能領域的廣泛普及，具有非常大的應用前景和市場經濟價值，并且儲能電容器在全國市場上的占有率也在逐漸攀升，而目前大多數運用的儲能電容器介質材料為雙向拉伸聚丙烯薄膜BOPP，儲能密度為普遍小于1.0J/cm³，介質材料性能已基本發揮到極致，但仍然無法滿足高儲能薄膜電容器的迫切需要，因此，對于具有高儲能密度的介質薄膜材料的研制是十分重大有意義的。

而在傳統的儲能電容器器件中，對儲能電容器的要求也越來越高。當前，通常是運用聚丙烯卷膜灌澆環氧絕緣樹脂直接作為儲能電容器，這樣有一定的局限性，并且聚丙烯膜的介電常數2.2左右，盡管其擊穿強度相對較高，大約600kV/mm以上，但在這樣的低介電系數情況下，一定程度的影響了其在較低工作電場下作為電容器的應用范圍，因此，制備出具有高介電常數，并且擊穿強度較高的薄膜介質材料是該領域巨大的挑戰。

發明內容

本發明提供了一種固相拉伸工藝制備全有機復合高儲能介電薄膜的方法與應用。具體是指采用不同性能的聚合物基體和聚合物功能組份等、通過共混造粒和固相拉伸工藝制備一種新型的高介電常數全有機復合儲能介電薄膜，在新能源電動汽車、高壓輸變電電網以及電磁能脈沖武器領域有廣泛應用。

本發明的另一個目的是提供一種固相拉伸工藝制備全有機復合高儲能介電薄膜的方法與應用。相對溶液刮涂鋪膜法，該工藝操作簡單、成本低廉、配方原料易得，符合材料環境友好的發展趨勢，并且所得全有機復合薄膜具有介電系數高、擊穿強度大、損耗低和儲能密度大等優異性能。

本發明提供了一種介電薄膜，所述介電薄膜原料包括熱塑性聚合物和相容劑，還包括聚偏氟乙烯類材料。

在本發明提供的介電薄膜中，所述介電薄膜原料按重量份計包括：50-80份熱塑性聚合物、10-45份聚偏氟乙烯類材料和5-10份相容劑；

在本發明提供的介電薄膜中，優選地，所述介電薄膜原料按重量份計包括：60-70份熱塑性聚合物、20-35份聚偏氟乙烯類材料和5-10份相容劑。

在本發明提供的介電薄膜中，可選地，所述介電薄膜由熱塑性聚合物、聚偏氟乙烯類材料，以及相容劑組成。

在本發明提供的介電薄膜中，所述熱塑性聚合物選自聚烯烴、聚酯和聚酰胺的一種或多種。

在本發明提供的介電薄膜中，所述聚烯烴選自聚丙烯PP、聚乙烯PE中的一種或多種；

在本發明提供的介電薄膜中，所述聚酯選自聚對苯二甲酸乙二醇酯PET、聚對苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的一種或多種；