[發明專利]一種高性能聚丙烯基電容器薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210569015.4
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN115007415B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 張志成;熊杰;龍大江;解云川
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B05D1/00
• 分類號: B05D1/00;B05D3/10;B05D5/12;B05D7/04;B05D7/24;C08J7/04;C08L23/12;H01G4/33
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

一種高性能聚丙烯基電容器薄膜及其制備方法和應用，屬于電容器薄膜技術領域。基于化學氣相沉積技術制備本發明電容器薄膜，包括(1)對二甲苯二聚體提純，在惰性氣體環境下升華為氣體，與惰性氣體充分混合后裂解，生成對二甲苯雙自由基活性單體氣體；(2)BOPP薄膜進行表面活化處理后置于硅片基體上，通入對二甲苯雙自由基活性單體氣體，在BOPP薄膜表面沉積形成高絕緣性能聚合物薄層，獲得單面沉積電容器薄膜；(3)重復上述操作，在單面沉積電容器薄膜另一表面沉積，獲得雙面沉積電容器薄膜。本發明所制備的聚丙烯基電容器薄膜具備優異的電學性能，具有高直流擊穿場強、高儲能密度和低能量損耗，并在高溫下具有良好的介電和耐擊穿性能。

技術領域

本發明屬于電容器薄膜技術領域，尤其涉及一種高性能聚丙烯基電容器薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

高儲能脈沖電容器具有大功率密度、快充放電速度以及高安全穩定性等優點，在電力電容、電動汽車、電磁武器等場景有著廣泛的應用。電容器的核心材料為儲能電介質薄膜，承擔著快速、高效、穩定存儲和釋放電能的重要功能。目前，國內外高儲能脈沖電容器應用最多的電介質材料為金屬化雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜，具有高耐壓、低損耗、可自愈、穩定性好等優點。美國通用原子公司(G.A.)經過近二十余年的研發，已制備出國際領先的金屬化BOPP薄膜電容器，儲能密度高達3.0J/cc，可循環充放電上萬次。而國內市場比較成熟的同類電容器產品其儲能密度最高僅為～2.0J/cc左右，與國際水平存在著較大差距。

由公式U_e＝0.5ε₀ε_rE_b²可知，電介質材料的儲能密度(U_e)由介電常數(ε_r)和擊穿場強(E_b)共同決定，提高BOPP薄膜電容器的U_e需要提高BOPP的ε_r和E_b。對于BOPP而言，內部分子結構決定了其介電常數較低(～2.2)。為了提高ε_r，通常采用基于PP的極性單體共聚改性引入極性基團的方法。Chung?TC等在PP中引入一定量的極性基團(如-OH，-NH₂等)，因極性基團可以貢獻較高的誘導電子極化，使得極化強度提高，得到的改性BOPP薄膜的ε_r可以提高至4，U_e可以達到7.0J/cm³以上。但是，極性基團的引入破壞了PP的等規度，使得聚合物的結晶度下降，導致隨著引入極性基團含量的增加，U_l也不可避免地快速增大，難以滿足低損耗的要求。而且，PP中極性基團的引入需要進行苛刻的極性基團的保護和脫保護等繁瑣操作，合成工藝非常復雜；同時，極性基團的引入還會導致催化劑聚合活性的顯著降低，不利于聚丙烯樹脂對超低灰分的要求。因此，通過提高PP的ε_r提升電容器U_e在應用中難以實現。

基于以上分析，BOPP薄膜電容器的U_e強烈依賴于BOPP的E_b。然而，目前國內采用進口原料、進口雙拉線生產的BOPP薄膜E_b在600～650MV/m左右，基本為國內最高水平，基膜性能幾乎達到極限，但耐壓等級仍比進口基膜低50-100MV/m，直接限制了金屬化膜的擊穿場強，從而造成國產BOPP薄膜電容器的U_e低且難以進一步提高。另外，電容器存在高溫環境的使用，并且電容在使用過程中會自身會出現發熱的現象，而BOPP薄膜的耐溫性能較差，隨著溫度的升高，BOPP的擊穿場強會發生顯著的降低，嚴重制約BOPP薄膜電容器的應用。因此，為了提高BOPP薄膜電容器的U_e和耐溫性能，亟需開發一種提高BOPP薄膜E_b和耐高溫性能的方法。

發明內容