CN111613442B - 一种电容器用高分子电介质及金属化薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电介质及金属化薄膜技术领域，尤其涉及一种电容器用高分子电介质及金属化薄膜。高分子电介质包括中心层，中心层的两侧分别设置有第一隔离层和第二隔离层，第一隔离层的一侧设置有底层，第二隔离层的一侧设置有上层，上层的一侧设置有表层，表层的一侧设置有第一凹台，表层的另一侧设置有凸台。金属化薄膜包括金属层和基膜，基膜为前述的高分子电介质，金属层镀附在表层上表面，所述金属层在第一凹台处形成了加厚区，而凸台处形成了留边区。本发明的高分子电介质具有较高的介电常数和较低的能量损耗，并且尺寸稳定性好，留边区的宽度较小，用其制成的金属化薄膜有效面积较大，储能密度较高。
Description
技术领域
本发明涉及电介质及金属化薄膜技术领域，尤其涉及一种电容器用高分子电介质及金属化薄膜。
背景技术
金属化薄膜电容器是用金属化薄膜卷绕而成的芯子制成的电容器。金属化薄膜由基膜和金属化层组成，基膜即金属化薄膜电容器的电介质，因为其厚度非常薄，因此在相同的体积下，比别的类型的电容器储能密度大，非常适合制作高储能密度电容器。电介质的性能比如介电常数和能量损耗对电容器储能密度和性能有着非常重要的影响。目前的研究发现，聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物具有比较高的介电常数和较低的能量损耗，非常适合作为电容器的电介质，但是其拉伸性能较差，只能用湿法生产，如溶液流延法、涂覆法等，薄膜的均匀性较差，尺寸稳定性差。而聚丙烯等材料具有很好的拉伸性能，制成薄膜的尺寸稳定性好，但是介电常数相对较小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了一种电容器用高分子电介质及金属化薄膜。高分子电介质具有较高的介电常数和较低的能量损耗，并且尺寸稳定性好，留边区的宽度较小，用其制成的金属化薄膜有效面积大，储能密度较高。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电容器用高分子电介质，包括中心层，所述中心层的两侧分别设置有第一隔离层和第二隔离层，所述第一隔离层远离中心层的一侧设置有底层，所述第二隔离层远离中心层的一侧设置有上层，所述上层远离第二隔离层的一侧设置有表层，所述表层的一侧设置有第一凹台，所述表层的另一侧设置有凸台。所述中心层的材质为聚丙烯和顺丁橡胶的混合物。所述第一隔离层和第二隔离层的材质为陶瓷材料。所述底层和上层的材质为聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物。所述表层的材质为聚酰亚胺。
进一步优化本技术方案，所述中心层中顺丁橡胶的重量百分含量为0.5％-1.1％，其余为聚丙烯。
进一步优化本技术方案，所述第一隔离层和第二隔离层的材质为氮化钛、氧化铝、二氧化硅或者氧化锡等陶瓷材料中的一种。
进一步优化本技术方案，所述凸台的横截面呈直角三角形，所述直角三角形的斜角边的一个顶点位于表层的侧面上。
进一步优化本技术方案，所述凸台的横截面呈矩形，所述凸台的外侧距离此侧表层的侧面0.3毫米-0.5毫米，并在此侧形成了第二凹台。
进一步优化本技术方案，所述凸台的横截面呈直角梯形，所述直角梯形不与底边垂直的腰的一个顶点位于表层的侧面上。
本发明的金属化薄膜包括金属层和基膜，所述基膜为前述的高分子电介质，所述金属层镀附在表层上表面并且位于凸台到设置有第一凹台的侧面之间的区域，所述金属层的上表面与凸台的最高点齐平，所述金属层在第一凹台处形成了加厚区，而凸台处形成了留边区。
此电容器用高分子电介质的制作方法为：先将聚丙烯和顺丁橡胶的混合物用共挤出法制成片材，之后双向拉伸成薄膜，成为中心层；之后用真空磁控溅射法分别在中心层的两侧制备第一隔离层和第二隔离层；将聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物溶于有机溶剂，之后将所得溶液均匀涂覆或者喷涂在第一隔离层和第二隔离层上，干燥后得到底层和上层；之后以二酐和二胺为原料，用气相沉积法在上层的表面沉积表层，二酐和二胺发生反应生成聚酰亚胺薄膜，用遮挡法制得第一凹台、凸台和第二凹台，即在凸台还在进行沉积时对第一凹台或其他位置进行遮挡，使此处停止沉积，从而厚度较小。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：由数层薄膜复合而成的高分子电介质具有较高的介电常数和较低的能量损耗，并且尺寸稳定性好，留边区的宽度较小，用其制成的金属化薄膜有效面积大，储能密度较高，并且金属化层承载电流的能力较强。
附图说明
图1为实施例1中电介质的结构示意图。
图2为实施例2中电介质的结构示意图。
图3为实施例3中电介质的结构示意图。
图4为实施例1中金属化薄膜的结构示意图。
图5为实施例2中金属化薄膜的结构示意图。
图6为实施例3中金属化薄膜的结构示意图。
图中：1、中心层；2、第一隔离层；3、底层；4、第二隔离层；5、上层；6、表层；61、第一凹槽；62、凸台；63、第二凹槽；7、金属层；71、加厚区。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式：如图1-3所示，一种电容器用高分子电介质，包括中心层1，所述中心层1的两侧分别设置有第一隔离层2和第二隔离层4，所述第一隔离层2远离中心层1的一侧设置有底层3，所述第二隔离层4远离中心层1的一侧设置有上层5，所述上层5远离第二隔离层4的一侧设置有表层6，所述表层6的一侧设置有第一凹台61，所述表层6的另一侧设置有凸台62。
所述中心层1的材质为聚丙烯和顺丁橡胶的混合物，其中顺丁橡胶的重量百分含量为0.5％-1.1％，其余为聚丙烯，添加顺丁橡胶后，使聚丙烯具有合适的弹性，在拉伸成薄膜时不易出现缺陷，在金属化并制成电容器后不容易出现电弱点，并且成型后尺寸稳定性好。
所述第一隔离层2和第二隔离层4的材质为陶瓷材料，在将溶于有机溶剂的聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物用涂覆或者喷涂法制备底层3和上层5时，因为第一隔离层2和第二隔离层4的材质为陶瓷，能对中心层1起到保护作用，防止此有机溶液对中心层1造成不良影响。
所述底层3和上层5的材质为聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物，具有很高的介电常数和低能量损耗性能，用其作为电介质做成的电容器具有较高的储能密度和较低的能量损耗。
所述表层6的材质为聚酰亚胺，介电常数比聚丙烯高，介电损耗小，具有很高的强度和耐高温性能，最高可耐500℃以上的高温，在金属化时可承受更高的温度，可以将金属化层镀的更厚，从而提高了金属化层承载电流的能力。
所述第一隔离层2和第二隔离层4的材质为氮化钛、氧化铝、二氧化硅或者氧化锡等陶瓷材料中的一种，抗氧化性强，绝缘性好，与聚丙烯和聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物的结合力也比较强。
如图4-6所示，本发明的金属化薄膜包括金属层7和基膜，所述基膜为前述的高分子电介质，所述金属层7镀附在表层6上表面并且位于凸台62到设置有第一凹台61的侧面之间的区域，所述金属层7的上表面与凸台62的最高点齐平，所述金属层7在第一凹台61处形成了加厚区71，而凸台62处形成了留边区。在将此金属化薄膜卷绕成芯子后，在喷金时加厚区71能增加金属化层与喷金层的接触面积，从而增强了导电性。凸台62能对喷金颗粒进行阻挡，从而防止喷金层与此侧的金属化层接触，因此能减小留边区的宽度，增加了本金属化薄膜的有效面积，增大了电容器的储能密度。
此电容器用高分子电介质的制作方法为：先将聚丙烯和顺丁橡胶的混合物用共挤出法制成片材，之后双向拉伸成薄膜，成为中心层1；之后用真空磁控溅射法分别在中心层1的两侧制备第一隔离层2和第二隔离层4；将聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物溶于有机溶剂，之后将所得溶液均匀涂覆或者喷涂在第一隔离层2和第二隔离层4上，干燥后得到底层3和上层5；之后以二酐和二胺为原料，用气相沉积法在上层5的表面沉积表层6，二酐和二胺发生反应生成聚酰亚胺薄膜，用遮挡法制得第一凹台61、凸台62和第二凹台63，即在凸台62还在进行沉积时对第一凹台61或其他位置进行遮挡，使此处停止沉积，从而厚度较小。
实施例1
如图1所示，一种电容器用高分子电介质，包括中心层1，所述中心层1的两侧分别设置有第一隔离层2和第二隔离层4，所述第一隔离层2远离中心层1的一侧设置有底层3，所述第二隔离层4远离中心层1的一侧设置有上层5，所述上层5远离第二隔离层4的一侧设置有表层6，所述表层6的一侧设置有第一凹台61，所述表层6的另一侧设置有凸台62。所述中心层1的材质为聚丙烯和顺丁橡胶的混合物。所述第一隔离层2和第二隔离层4的材质为陶瓷材料。所述底层3和上层5的材质为聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物。所述表层6的材质为聚酰亚胺。所述中心层1中顺丁橡胶的重量百分含量为0.5％-1.1％，其余为聚丙烯。所述第一隔离层2和第二隔离层4的材质为氮化钛、氧化铝、二氧化硅或者氧化锡等陶瓷材料中的一种。所述凸台62的横截面呈直角三角形，所述直角三角形的斜角边的一个顶点位于表层6的侧面上。
如图4所示，本发明的金属化薄膜包括金属层7和基膜，所述基膜为前述的高分子电介质，所述金属层7镀附在表层6上表面并且位于凸台62到设置有第一凹台61的侧面之间的区域，所述金属层7的上表面与凸台62的最高点齐平，所述金属层7在第一凹台61处形成了加厚区71，在凸台62处形成了留边区。
实施例2
如图2所示，一种电容器用高分子电介质，包括中心层1，所述中心层1的两侧分别设置有第一隔离层2和第二隔离层4，所述第一隔离层2远离中心层1的一侧设置有底层3，所述第二隔离层4远离中心层1的一侧设置有上层5，所述上层5远离第二隔离层4的一侧设置有表层6，所述表层6的一侧设置有第一凹台61，所述表层6的另一侧设置有凸台62。所述中心层1的材质为聚丙烯和顺丁橡胶的混合物。所述第一隔离层2和第二隔离层4的材质为陶瓷材料。所述底层3和上层5的材质为聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物。所述表层6的材质为聚酰亚胺。所述中心层1中顺丁橡胶的重量百分含量为0.5％-1.1％，其余为聚丙烯。所述第一隔离层2和第二隔离层4的材质为氮化钛、氧化铝、二氧化硅或者氧化锡等陶瓷材料中的一种。所述凸台62的横截面呈矩形，所述凸台62的外侧距离此侧表层6的侧面0.3毫米-0.5毫米，并在此侧形成了第二凹台63。
如图5所示，本发明的金属化薄膜包括金属层7和基膜，所述基膜为前述的高分子电介质，所述金属层7镀附在表层6上表面并且位于凸台62到设置有第一凹台61的侧面之间的区域，所述金属层7的上表面与凸台62的最高点齐平，所述金属层7在第一凹台61处形成了加厚区71，在凸台62和第二凹台63处形成了留边区。
实施例3
如图3所示，一种电容器用高分子电介质，包括中心层1，所述中心层1的两侧分别设置有第一隔离层2和第二隔离层4，所述第一隔离层2远离中心层1的一侧设置有底层3，所述第二隔离层4远离中心层1的一侧设置有上层5，所述上层5远离第二隔离层4的一侧设置有表层6，所述表层6的一侧设置有第一凹台61，所述表层6的另一侧设置有凸台62。所述中心层1的材质为聚丙烯和顺丁橡胶的混合物。所述第一隔离层2和第二隔离层4的材质为陶瓷材料。所述底层3和上层5的材质为聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物。所述表层6的材质为聚酰亚胺。所述中心层1中顺丁橡胶的重量百分含量为0.5％-1.1％，其余为聚丙烯。所述第一隔离层2和第二隔离层4的材质为氮化钛、氧化铝、二氧化硅或者氧化锡等陶瓷材料中的一种。所述凸台62的横截面呈直角梯形，所述直角梯形不与底边垂直的腰的一个顶点位于表层6的侧面上。
如图6所示，本发明的金属化薄膜包括金属层7和基膜，所述基膜为前述的高分子电介质，所述金属层7镀附在表层6上表面并且位于凸台62到设置有第一凹台61的侧面之间的区域，所述金属层7的上表面与凸台62的最高点齐平，所述金属层7在第一凹台61处形成了加厚区71，在凸台62处形成了留边区。
将两层实施例1-3所述的金属化薄膜留边区朝向相反，卷绕制成芯子，在喷金时，凸台62都能很可靠的对喷金颗粒进行阻挡，防止了喷金层与金属化层接触，从而防止了两个金属化薄膜间短路现象的发生。在实施例1中，凸台62外侧的斜面能与另一层金属化薄膜的基膜形成从外向内逐渐缩小间隙，喷金层进入缝隙内，能增强喷金层与芯子之间的接触面积与结合力。在实施例2中，凸台62外侧的第二凹台63能与另一层金属化薄膜的基膜形成比较浅但是比较宽的间隙，喷金层进入缝隙内，同样能增强喷金层与芯子之间的接触面积与结合力。在实施例3中，凸台62外侧的斜面能与另一层金属化薄膜的基膜形成从外向内逐渐缩小间隙，并且间隙比较浅，喷金层进入缝隙内，增强喷金层与芯子之间的接触面积的效果稍差，但是对喷金颗粒进行阻挡的可靠性更高，因此可以比实施例1和2的留边区更窄，金属化薄膜的有效面积更大。
本发明的金属化薄膜，在制成相同规格的电容器时，比常规的聚丙烯金属化薄膜耐压性提高20％以上，储能密度提高29％-56％。
Claims (6)
1.一种电容器用高分子电介质，其特征在于：包括中心层(1)，所述中心层(1)的两侧分别设置有第一隔离层(2)和第二隔离层(4)，所述第一隔离层(2)远离中心层(1)的一侧设置有底层(3)，所述第二隔离层(4)远离中心层(1)的一侧设置有上层(5)，所述上层(5)远离第二隔离层(4)的一侧设置有表层(6)，所述表层(6)的一侧设置有第一凹台(61)，所述表层(6)的另一侧设置有凸台(62)；
所述中心层(1)的材质为聚丙烯和顺丁橡胶的混合物，该混合物中顺丁橡胶的重量百分含量为0.5％-1.1％；
所述第一隔离层(2)和第二隔离层(4)的材质为陶瓷材料；
所述底层(3)和上层(5)的材质为聚偏氟乙烯基接枝改性聚合物；
所述表层(6)的材质为聚酰亚胺。
2.根据权利要求1所述的一种电容器用高分子电介质，其特征在于：所述第一隔离层(2)和第二隔离层(4)的材质为氮化钛、氧化铝、二氧化硅或者氧化锡中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种电容器用高分子电介质，其特征在于：所述凸台(62)的横截面呈直角三角形，所述直角三角形的斜角边的一个顶点位于表层(6)的侧面上。
4.根据权利要求1所述的一种电容器用高分子电介质，其特征在于：所述凸台(62)的横截面呈矩形，所述凸台(62)的外侧距离此侧表层(6)的侧面0.3毫米-0.5毫米，并在此侧形成了第二凹台(63)。
5.根据权利要求1所述的一种电容器用高分子电介质，其特征在于：所述凸台(62)的横截面呈直角梯形，所述直角梯形不与底边垂直的腰的一个顶点位于表层(6)的侧面上。
6.一种金属化薄膜，其特征在于：包括金属层(7)和基膜，所述基膜为权利要求1-5任意一项所述的高分子电介质，所述金属层(7)镀附在表层(6)上表面并且位于凸台(62)到设置有第一凹台(61)的侧面之间的区域，所述金属层(7)的上表面与凸台(62)的最高点齐平，所述金属层(7)在第一凹台(61)处形成了加厚区(71)，凸台(62)处形成了留边区。
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