[發明專利]一種用于電容器的聚合物基復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 202011579973.7
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112708160B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 潘仲彬;陳培旭;王威霖;吳魯康
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C08L79/08;C08K7/00;C08K3/22;C01G23/053;B82Y40/00
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 姚娟英;張琳琳

本發明涉及一種用于電容器的聚合物基復合材料及制備方法，其中，一種用于電容器的聚合物基復合材料，其特征在于：該聚合物基復合材料包括有上下兩層復合材料，位于上層的復合材料為聚合物PEI/二維材料復合材料，位于下層的復合材料為聚合物PEI/氧化物陣列復合材料。上述的聚合物基復合材料能在室溫到150℃下均穩定工作，并且具有高的儲能性能。

技術領域

本發明屬于功能材料制備技術領域，具體涉及一種用于電容器的聚合物基復合材料及制備方法。

背景技術

高儲能密度高壓脈沖電介質材料及電容器具有功率密度高、充放電速度快、抗循環老化、性能穩定等優點，是一類重要的功率型儲能器件，在電網調頻、關鍵醫學設備、工業激光器、新能源汽車以及先進電磁武器等大功率儲能和脈沖功率系統中發揮著關鍵作用。

目前對新一代電介質電容器提出了更高的要求，需要能夠在遠高于室溫的環境下穩定工作。例如，在航空和航天領域，將傳統的發動機監控系統的集中體系結構轉變為分布式控制方案，可以降低互聯的復雜性，節省數百磅的飛機重量，而許多電子元器件設備必須放置在溫度為200-300℃發動機附近；而隨著絕緣體硅技術的進步和寬頻帶隙半導體材料的發展，半導體的工作溫度已擴展到200℃甚至更高；與這些電路一起使用的電子電容器在高溫電器中也需要承受相同的嚴酷條件。此外，有的混合動力汽車電控系統使用冷卻系統將環境溫度從120-140℃降至70-80℃。然而，冷卻系統的存在無疑會增加動力系統的質量和體積，降低燃料使用效率。因此，研究能夠在高溫(≥150℃)環境中穩定工作并兼具高的儲能密度的脈沖電容器，是高新技術領域急需解決的問題。

聚合物基(無機-有機)復合材料是一種典型的電容器儲能材料。前期的文獻表明復合儲能材料的微結構(無機填料的形貌、尺寸、取向以及體積分數)能有效的調控復合材料的極化特性、儲能能力。復合材料中一維高取向的填料的引入有利于在較低的體積分數下極大提高復合儲能材料的極化率，增大儲能密度與功率密度；而二維填料引入到聚合物基體中，可以建立起高效的傳導障礙，限制電荷移動以及阻礙擊穿過程中電子樹的生長，提高耐擊穿場強，進而增大儲能密度與功率密度。

目前對高儲能高功率聚合物基復合材料的研究大都集中在室溫儲能性能上，如中國發明專利《一種疊層結構的聚合物基介電儲能復合材料及其制備方法》，其專利號為ZL201310075684.7(公開號為CN104044318B)公開了聚合物基介電儲能復合材料的疊層結構能夠獲得好的高儲能密度和高擊穿場強，但是，以聚合物電介質材料為主體的薄膜電容器熱穩定性較差，難以在高溫環境下穩定工作。尤其在高電場作用下，溫度的升高會導致聚合物電介質內部泄漏電流呈指數上升趨勢，造成充放電效率及儲能密度急劇下降，難以滿足應用需求。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述現有技術的現狀，提供一種高溫條件下穩定工作且具有高儲能密度的用于電容器的聚合物基復合材料。

本發明所要解決的第二個技術問題是，提供了一種可量產的聚合物基復合材料的制備方法。

本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種用于電容器的聚合物基復合材料，其特征在于：該聚合物基復合材料包括有上下兩層復合材料，位于上層的復合材料為聚合物PEI/二維材料復合材料，位于下層的復合材料為聚合物PEI/氧化物陣列復合材料。

優選地，所述上層復合材料的厚度為2～30um，位于下層復合材料的厚度為2～10um。

優選地，所述二維材料為六方氮化硼納米片、氧化鋁納米片、蒙脫土納米片及二氧化鈦納米片中的一種，所述氧化物陣列為氧化鋅、鈦酸鋇、二氧化鈦及鈦酸鍶中的一種。

本發明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為：一種聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)制備氧化物納米陣列無機填料：