CN114121490A - 一种低损耗含氟聚合物多层介质膜、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜、其制备方法及应用。属于聚合物薄膜技术领域。具体步骤：1、制备有机分子半导体溶液及含氟聚合物溶液；将两种溶液按0.5‑1.5：98.5‑99.5比例混合、搅拌、超声24h后，获得含氟聚合物/有机分子半导体的混合溶液；将获得含氟聚合物/有机分子半导体的混合溶液流延在低损耗聚合物两侧并加温驱除溶剂，获得低损耗含氟聚合物多层介质膜；在获得的低损耗含氟聚合物多层介质膜的两侧蒸镀金属电极。本发明层间复合电介质膜在薄膜电容器有广泛应用，其低损耗含氟聚合物多层电介质膜损耗明显降低，同时保持较好的储能密度和充放电效率，是一种性能优异的电介质膜。

Description

一种低损耗含氟聚合物多层介质膜、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于聚合物薄膜技术领域，涉及一种低损耗含氟聚合物多层介质膜、其制备方法及应用的场景。
背景技术
有机静电电容器作为一种具有超高功率密度的能量存储器件在脉冲电源系统、新能源汽车、高压输电网络等领域中占据无可替代的地位。然而，随着器件小型化、轻型化的推进对聚合物介电材料的储能特性提出了更高的要求。无机介质材料由于存在结构应力和脆性的问题，难以制作成大尺寸、大容量规格的电容器。有机介质，尤其是聚合物膜，因其储能密度较高、击穿场强高、介电损耗低、生产成本低、性能稳定，并且质轻、易于规模化生产，得到广泛关注。目前，有机介质静电电容器是(超)高电压、(超)大电流、(超)高功率应用场景下储能器件唯一的选择。使用聚合物介质膜当作绝缘介质的静电电容器被称为有机薄膜电容器。目前普遍使用的双向拉伸聚丙烯(BOPP薄膜介电常数很低，难以满足日益增长的应用需求。因此，开发一种具有高储能密度、高充放电效率和低损耗聚合物介电复合材料至关重要。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供了一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜、其制备方法。
本发明的另一目的是提供上述膜的应用场景：静电电容器。
技术方案：本发明所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜，包括含氟聚合物/有机分子半导体层和低损耗聚合物层。
进一步的，所述含氟聚合物/有机分子半导体层通过溶液流延法制备；
所述低损耗聚合物层为双向拉伸聚合物膜。
进一步的，所述含氟聚合物为PVDF、P(VDF-TrFE-CFE)、P(VDF-TrFE-CTFE)中任意一种；
所述有机分子半导体为ITIC、PCBM、DPDI、PTCBI中的一种。
进一步的，所述含氟聚合物/有机分子半导体层的厚度为1-10μm。
进一步的，所述低损耗聚合物层为BOPP、BOPET、PI、PEI中的一种。
进一步的，所述低损耗聚合物层的厚度为1-10μm。
进一步的，一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜的制备方法，
具体操作步骤如下：
S1、将0.1-5vol％的有机分子半导体溶于良溶剂中制备有机分子半导体溶液；
S2、将5-25vol％的含氟聚合物溶于良溶剂制备含氟聚合物溶液；
S3、将制备有机分子半导体溶液与含氟聚合物溶液按0.5-1.5：98.5-99.5的比例进行混合，后进行搅拌、超声24h后，获得含氟聚合物/有机分子半导体的混合溶液；
S4、通过溶液流延法将获得含氟聚合物/有机分子半导体的混合溶液流延在低损耗聚合物两侧并加温驱除溶剂，最终获得低损耗含氟聚合物多层介质膜；
S5、最后，在获得的低损耗含氟聚合物多层介质膜的两侧蒸镀金属电极。
进一步的，所述良溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)中的一种。
进一步的，所述金属电极为金、铝的一种，其厚度为100-300nm。
进一步的，低损耗含氟聚合物多层电介质膜在有机薄膜电容器装置或设备中的应用。
有益效果：本发明与现有技术相比，本发明的特点:本发明利用电子亲合能极高的有机分子半导体，在含氟聚合物基体中构建孤岛式深陷阱，可以抑制漏电流，降低漏导损耗同时可以提高击穿场强，提升储能密度。中间低损耗聚合物层具有高充放电效率，低损耗的特性。多层复合介质膜较好的解决了聚合物电介质薄膜储能密度和介电损耗倒置耦合的问题。
附图说明
图1是本发明的制备流程图；
图2是本发明中溶液流延法制备图；
图3是本发明中多层复合介质膜结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明做出进一步说明。
如图所述，本发明所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜，包括含氟聚合物/有机分子半导体层和低损耗聚合物层。
进一步的，所述含氟聚合物/有机分子半导体层通过溶液流延法制备；
所述低损耗聚合物层为双向拉伸聚合物膜。
进一步的，所述含氟聚合物为PVDF、P(VDF-TrFE-CFE)、P(VDF-TrFE-CTFE)中任意一种；
所述有机分子半导体为ITIC、PCBM、DPDI、PTCBI中的一种。
进一步的，所述含氟聚合物/有机分子半导体层的厚度为1-10μm。
进一步的，所述低损耗聚合物层为BOPP、BOPET、PI、PEI中的一种。
进一步的，所述低损耗聚合物层的厚度为1-10μm。
进一步的，一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜的制备方法，
具体操作步骤如下：
S1、将0.1-5vol％的有机分子半导体溶于良溶剂中制备有机分子半导体溶液；
S2、将5-25vol％的含氟聚合物溶于良溶剂制备含氟聚合物溶液；
S3、将制备有机分子半导体溶液与含氟聚合物溶液按0.5-1.5：98.5-99.5的比例进行混合，后进行搅拌(在起始阶段使用较快的速度搅拌，溶质完全溶解后降低搅拌速度)、同时进行超声24h后，获得含氟聚合物/有机分子半导体的混合溶液；
S4、通过溶液流延法将获得含氟聚合物/有机分子半导体的混合溶液流延在低损耗聚合物两侧并加温驱除溶剂，最终获得低损耗含氟聚合物多层介质膜；
S5、最后，在获得的低损耗含氟聚合物多层介质膜的两侧蒸镀金属电极。
进一步的，所述良溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)中的一种。
进一步的，所述金属电极为金、铝的一种，其厚度为100-300nm。
进一步的，低损耗含氟聚合物多层电介质膜在有机薄膜电容器装置或设备中的应用。
其中，聚偏氟乙烯是一种线性半结晶极性聚合物，具有良好的力学性能，热性能和介电性能，是制备新型高储能电介质薄膜电容器的明星材料。但是，其较高的介电损耗和相对较低的充放电效率限制了其在薄膜电容器上的应用。
本发明采用双向拉伸和溶液流延法制备含氟聚合物/有机分子半导体，低损耗聚合物多层电介质膜，并对薄膜两侧进行金属蒸镀电极。利用有机分子半导体在含氟聚合物中构建孤岛式深陷阱，有效降低了含氟聚合物的介电损耗。还有效的利用了含氟聚合物的高介电常数和低损耗聚合物的高充放电效率，提供了制备可以应用在电介质薄膜电容器上优异性能电介质膜的方法。双向拉伸和溶液流延法同时也适用于大规模制备的需要。
实施例1
一种含氟聚合物复合材料多层电介质膜的制备方法，包括如下步骤：
S1：按照设计的溶液浓度，计算所需药品与试剂用量，称量药品和试剂；
S2：将溶剂先加入烧杯，在添加称量好的试剂并持续搅拌，初始阶段用较快速度搅拌，试剂完全溶解后降低搅拌速度，同时超声；
S3：设置成膜条件，调平加热板。设置刮刀高度和驱溶温度，在双向拉伸聚丙烯薄膜上流延一层含氟聚合物/有机分子半导体薄膜；
S4：在步骤S3制备薄膜上蒸镀一层金属电极；
本实例中，步骤S1所选药品为P(VDF-TrFE-CFE)与PCBM。
本实例中，步骤S1制备溶液成分P(VDF-TrFE-CFE)：PCBM＝99.5：0.5。
本示例中，步骤S1中溶剂选用N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
本实例中，步骤S2溶液搅拌并超声破碎24h以上。
本实例中，步骤S3中，刮刀高度设置在8μm，驱溶温度设置为60℃，驱溶时间12h以上。
本实例中，步骤S4中所述金属电极为铝电极。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜，其特征在于，包括含氟聚合物/有机分子半导体层和低损耗聚合物层。
2.根据权利要求1所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜，其特征在于，所述含氟聚合物/有机分子半导体层通过溶液流延法制备；所述低损耗聚合物层为双向拉伸聚合物膜。
3.根据权利要求1所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜，其特征在于，
所述含氟聚合物为PVDF、P(VDF-TrFE-CFE)、P(VDF-TrFE-CTFE)中任意一种；
所述有机分子半导体为ITIC、PCBM、DPDI、PTCBI中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜，其特征在于，
所述含氟聚合物/有机分子半导体层的厚度为1-10μm。
5.根据权利要求1所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜，其特征在于，
所述低损耗聚合物层为BOPP、BOPET、PI、PEI中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜，其特征在于，
所述低损耗聚合物层的厚度为1-10μm。
7.根据权利要求1所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜的制备方法，其特征在于，
具体操作步骤如下：
S1、将0.1-5vol％的有机分子半导体溶于良溶剂中制备有机分子半导体溶液；
S2、将5-25vol％的含氟聚合物溶于良溶剂制备含氟聚合物溶液；
S3、将制备有机分子半导体溶液与含氟聚合物溶液按0.5-1.5：98.5-99.5的比例进行混合，后进行搅拌、超声24h后，获得含氟聚合物/有机分子半导体的混合溶液；
S4、通过溶液流延法将获得含氟聚合物/有机分子半导体的混合溶液流延在低损耗聚合物两侧并加温驱除溶剂，最终获得低损耗含氟聚合物多层介质膜；
S5、最后，在获得的低损耗含氟聚合物多层介质膜的两侧蒸镀金属电极。
8.根据权利要求7所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜的制备方法，其特征在于，
所述的良溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮及二甲基亚砜中的一种。
9.根据权利要求7所述的一种低损耗含氟聚合物多层电介质膜的制备方法，其特征在于，所述金属电极为金、铝的一种，其厚度为100-300nm。
10.权利要求1-9中任一项所述的低损耗含氟聚合物多层电介质膜在有机薄膜电容器装置或设备中的应用。
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