CN109545554A - 一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，包括绝缘基膜，所述绝缘基膜的正反两面均设置有石墨烯镀层，所述石墨烯镀层的表面涂覆有蜡封层。所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜耐电流的冲击性能好，发热量小，短路充放电次数和耐电压性能都优于普通金属化薄膜，使用寿命长；制成电容器芯后，其工作时产生的噪音小。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，属于电容器制造技术领域。
背景技术
脉冲电容器在核聚变、电磁加速器、脉冲激光电源、冲击电流和冲击电压发生器等地方被广泛应用，主要用于军用能源库系统，作为主要储能元件。采用金属化薄膜电容器作为脉冲电容器为目前常用技术，其体积相对较小，其储能密度(比能)通常在0.2～0.3J/cm3。随着科技的发展，目前的储能密度已经不能满足需求，如果直接增大电容器的体积，会影响电容器的散热，而且更高储能密度会要求电容器具有更高的充放电次数和耐电压性能。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，具体技术方案如下：
一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，包括绝缘基膜，所述绝缘基膜的正反两面均设置有石墨烯镀层，所述石墨烯镀层的表面涂覆有蜡封层。
作为上述技术方案的改进，所述绝缘基膜为聚丙烯薄膜。
作为上述技术方案的改进，所述石墨烯镀层的制作方法包括如下步骤：
步骤一、将聚丙烯薄膜送入镀膜室，镀膜室的内部持续通入氮气，镀膜室内部的气压保持在101.8～102.2kPa；所述镀膜室的内部设置有冷却辊和喷射管，所述喷射管设置在冷却辊的正上方；
步骤二、先将所述聚丙烯薄膜的背面绕经冷却辊，所述喷射管的管口正对着聚丙烯薄膜的正面且喷射管的管口喷射出高温石墨烯射流，所述高温石墨烯射流为高温氙气夹杂有石墨烯粉体的气流，高温石墨烯射流喷射到聚丙烯薄膜的正面时，高温石墨烯射流中的一部分高温石墨烯粉体撞击聚丙烯薄膜的正面从而使得高温石墨烯粉体与聚丙烯薄膜结合；
步骤三、重复步骤二2～3次即得到位于聚丙烯薄膜正面的石墨烯镀层；
步骤四、将位于聚丙烯薄膜正面的石墨烯镀层绕经冷却辊，所述喷射管的管口正对着聚丙烯薄膜的背面且喷射管的管口喷射出高温石墨烯射流，所述高温石墨烯射流为高温氙气夹杂有石墨烯粉体的气流，高温石墨烯射流喷射到聚丙烯薄膜的背面时，高温石墨烯射流中的一部分高温石墨烯粉体撞击聚丙烯薄膜的背面从而使得高温石墨烯粉体与聚丙烯薄膜结合；
步骤五、重复步骤四2～3次即得到位于聚丙烯薄膜背面的石墨烯镀层。
作为上述技术方案的改进，所述高温石墨烯射流的温度为330～350℃。
作为上述技术方案的改进，在高温石墨烯射流中，每升氙气中夹杂有0.21～0.23g石墨烯粉体。
作为上述技术方案的改进，所述喷射管管口处高温石墨烯射流的流速为8.5～8.9m/s。
作为上述技术方案的改进，所述石墨烯粉体的粒径小于或等于80nm。
作为上述技术方案的改进，所述冷却辊表面的冷却温度为3～6℃。
作为上述技术方案的改进，所述喷射管的管口与绝缘基膜之间的最小距离为2～3mm。
作为上述技术方案的改进，所述蜡封层是由熔点大于80℃的微晶蜡制成。
本发明的有益效果：
所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜耐电流的冲击性能好，发热量小，短路充放电次数和耐电压性能都优于普通金属化薄膜，使用寿命长；制成电容器芯后，其工作时产生的噪音小。
附图说明
图1为本发明所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜的结构示意图；
图2为本发明所述冷却辊、喷射管、绝缘基膜之间分布示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜，包括绝缘基膜10，所述绝缘基膜10的正反两面均设置有石墨烯镀层20，所述石墨烯镀层20的表面涂覆有蜡封层30。其中，所述绝缘基膜10为聚丙烯薄膜。
所述石墨烯镀层20的制作方法包括如下步骤：
步骤一、将聚丙烯薄膜送入镀膜室，镀膜室的内部持续通入氮气，镀膜室内部的气压保持在101.8～102.2kPa；所述镀膜室的内部设置有冷却辊1和喷射管2，如图2所示，所述喷射管2设置在冷却辊1的正上方；
步骤二、先将所述聚丙烯薄膜的背面绕经冷却辊2，所述喷射管1的管口正对着聚丙烯薄膜的正面且喷射管2的管口喷射出高温石墨烯射流，所述高温石墨烯射流为高温氙气夹杂有石墨烯粉体的气流，高温石墨烯射流喷射到聚丙烯薄膜的正面时，高温石墨烯射流中的一部分高温石墨烯粉体撞击聚丙烯薄膜的正面从而使得高温石墨烯粉体与聚丙烯薄膜结合；
步骤三、重复步骤二2～3次即得到位于聚丙烯薄膜正面的石墨烯镀层20；
步骤四、将位于聚丙烯薄膜正面的石墨烯镀层20绕经冷却辊2，所述喷射管1的管口正对着聚丙烯薄膜的背面且喷射管2的管口喷射出高温石墨烯射流，所述高温石墨烯射流为高温氙气夹杂有石墨烯粉体的气流，高温石墨烯射流喷射到聚丙烯薄膜的背面时，高温石墨烯射流中的一部分高温石墨烯粉体撞击聚丙烯薄膜的背面从而使得高温石墨烯粉体与聚丙烯薄膜结合；
步骤五、重复步骤四2～3次即得到位于聚丙烯薄膜背面的石墨烯镀层20。
在上述步骤中，所述高温石墨烯射流的温度为330～350℃。在高温石墨烯射流中，每升氙气中夹杂有0.21～0.23g石墨烯粉体。所述喷射管2管口处高温石墨烯射流的流速为8.5～8.9m/s。所述石墨烯粉体的粒径小于或等于80nm。所述冷却辊1表面的冷却温度为3～6℃。所述喷射管2的管口与绝缘基膜10之间的最小距离为2～3mm。
所述蜡封层30是由熔点大于80℃的微晶蜡制成。
在本实施例中，所述石墨烯镀层20的方阻为0.07～0.13Ω/◇。
对所述新能源汽车快速充电系统用薄膜电容器的两端施加2000V的直流电压1秒，然后短路放电0.5秒。观察电容器的损耗角正切值的增量及电容量变化如下：
1)、短路充放电次数100000次后，该电容器仍正常工作，且电性能良好；如短路充放电次数100000次后，在1KHz的测试频率下，测量出Δtgδ≤0.0003；ΔC/C≤4％。
2)、直流击穿电压大于≥5000V。
实施例2
普通金属化薄膜电容器中的普通电容器芯是由普通金属化薄膜经过卷绕、喷金制成，普通金属化薄膜是通过在聚丙烯薄膜的一面采用真空镀膜工艺制成金属铝镀层；其中，金属铝镀层的厚度等于实施例1中导电层的厚度。金属铝镀层的方阻为12～16Ω/◇。
对普通金属化薄膜电容器的两端施加2000V直流电压1秒，然后短路放电0.5秒。观察电容器的损耗角正切值的增量及电容量变化如下：
1)、短路充放电次数500次后，普通金属化薄膜即发生大规模击穿，该电容器已报废！
2)、直流击穿电压≤1800V。
在上述实施例中，通过对比实施例1和实施例2可知：与现有普通的金属化薄膜相比，本发明所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜中的石墨烯镀层20的方阻小，在相同的充放电的电量下，所述石墨烯镀层20的产生的热量小；因此，所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜能够耐更大电流的冲击；并且，无论是短路充放电，还是耐电压，都远优于普通金属化薄膜。
在发明中，石墨烯镀层20的成分为石墨烯，石墨烯的导电性能远优于金属铝。而在石墨烯镀层20的制作过程中，镀膜室的内部持续通入的氮气为保护气，能够防止石墨烯被氧化。镀膜室内部的气压大于大气压，这使得外界的空气不会进入到镀膜室内部。所述氙气被压缩成压缩氙气，经过加热成高温压缩氙气，将该高温压缩氙气通入装有石墨烯粉体的储存室，从储存室出口喷出的气流中即为高温石墨烯射流，高温石墨烯射流喷射到聚丙烯薄膜的正面时，高温氙气会使得聚丙烯薄膜的正面被软化，石墨烯也是热的优良导体，因此高温石墨烯颗粒撞击到聚丙烯薄膜的正面会使撞击处瞬间熔化，随着石墨烯颗粒撞击的不断深入，石墨烯颗粒本身的热量不断流失，再加上聚丙烯薄膜背面被冷却辊1持续冷却，如此完成了石墨烯颗粒与聚丙烯薄膜之间的结合。同理，采用同样的方法也可在聚丙烯薄膜的背面也制成石墨烯镀层20。通过严格控制高温石墨烯射流的温度、高温石墨烯射流中石墨烯粉体的含量、高温石墨烯射流的流速以及冷却辊1表面的冷却温度最终制成石墨烯镀层20。其中，还需严格控制喷射管2的管口与聚丙烯薄膜的正面之间的最小距离为2～3mm。采用氙气的原因是因为：氙气为惰性气体，进一步保护石墨烯不被氧化，且氙气密度远大于氮气，这有利于氙气最终落在位于下方的喷射管2的聚丙烯薄膜的表面。
在本发明中，由于高温石墨烯射流第一次喷射到聚丙烯薄膜表面时，石墨烯在聚丙烯薄膜表面的覆盖率为55％～68％。所述覆盖率的测量方法如下：利用聚光灯照射聚丙烯薄膜，穿过聚丙烯薄膜后灯光的光强为X；在聚丙烯薄膜的正面镀有石墨烯镀层20，此时将聚丙烯薄膜的背面覆盖住聚光灯的灯口，由于石墨烯镀层20的遮盖，透过石墨烯镀层20的光强减弱，透过石墨烯镀层20的光强为Y，X与Y之间的差值为X-Y，X-Y与X之间比值的百分数即为覆盖率。所述石墨烯在聚丙烯薄膜表面的覆盖率越大，说明石墨烯在聚丙烯薄膜表面覆盖的程度越深。由于第一次喷射高温石墨烯射流使得石墨烯只在聚丙烯薄膜表面的覆盖有非常稀疏的一层，本发明采用多次重复喷射，最终使得石墨烯在聚丙烯薄膜表面的覆盖率超过96％。
所述绝缘基膜10的正反两面均设置有石墨烯镀层20，在同等体积的电容器芯，采用本发明所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜制成的脉冲储能电容器能够储存更多的能量，因此所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜适用于制作储能电容器。所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜能够耐更大电流的冲击，其短路充放电次数、耐电压性能都远优于普通金属化薄膜，适用于制作脉冲电容器。其中，所述蜡封层30是由熔点大于80℃的微晶蜡制成，蜡封层30的存在，不但能够有利于保护石墨烯镀层20，而且，在将所述脉冲储能电容器专用金属化薄膜卷绕成卷芯后，采用加热到82±1℃，再采用抽真空、冷却的方式，有助于将卷芯内部的空气给排出，并将卷芯中相邻的卷层给固定，从而有效降低电容器芯工作时产生的噪音。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，包括绝缘基膜，其特征在于：所述绝缘基膜的正反两面均设置有石墨烯镀层，所述石墨烯镀层的表面涂覆有蜡封层。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，其特征在于：所述绝缘基膜为聚丙烯薄膜。
3.根据权利要求2所述的一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，其特征在于：所述石墨烯镀层的制作方法包括如下步骤：
步骤一、将聚丙烯薄膜送入镀膜室，镀膜室的内部持续通入氮气，镀膜室内部的气压保持在101.8～102.2kPa；所述镀膜室的内部设置有冷却辊和喷射管，所述喷射管设置在冷却辊的正上方；
步骤二、先将所述聚丙烯薄膜的背面绕经冷却辊，所述喷射管的管口正对着聚丙烯薄膜的正面且喷射管的管口喷射出高温石墨烯射流，所述高温石墨烯射流为高温氙气夹杂有石墨烯粉体的气流，高温石墨烯射流喷射到聚丙烯薄膜的正面时，高温石墨烯射流中的一部分高温石墨烯粉体撞击聚丙烯薄膜的正面从而使得高温石墨烯粉体与聚丙烯薄膜结合；
步骤三、重复步骤二2～3次即得到位于聚丙烯薄膜正面的石墨烯镀层；
步骤四、将位于聚丙烯薄膜正面的石墨烯镀层绕经冷却辊，所述喷射管的管口正对着聚丙烯薄膜的背面且喷射管的管口喷射出高温石墨烯射流，所述高温石墨烯射流为高温氙气夹杂有石墨烯粉体的气流，高温石墨烯射流喷射到聚丙烯薄膜的背面时，高温石墨烯射流中的一部分高温石墨烯粉体撞击聚丙烯薄膜的背面从而使得高温石墨烯粉体与聚丙烯薄膜结合；
步骤五、重复步骤四2～3次即得到位于聚丙烯薄膜背面的石墨烯镀层。
4.根据权利要求3所述的一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，其特征在于：所述高温石墨烯射流的温度为330～350℃。
5.根据权利要求3所述的一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，其特征在于：在高温石墨烯射流中，每升氙气中夹杂有0.21～0.23g石墨烯粉体。
6.根据权利要求3所述的一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，其特征在于：所述喷射管管口处高温石墨烯射流的流速为8.5～8.9m/s。
7.根据权利要求3所述的一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，其特征在于：所述石墨烯粉体的粒径小于或等于80nm。
8.根据权利要求3所述的一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，其特征在于：所述冷却辊表面的冷却温度为3～6℃。
9.根据权利要求3所述的一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，其特征在于：所述喷射管的管口与绝缘基膜之间的最小距离为2～3mm。
10.根据权利要求1所述的一种脉冲储能电容器专用金属化薄膜，其特征在于：所述蜡封层是由熔点大于80℃的微晶蜡制成。
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