CN114989607B - 一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法，涉及高温储能介电薄膜技术领域；储能介电复合薄膜配比包括：聚苯醚砜15‑30％，添加剂0.1‑0.3％，溶剂69.7‑84.9％；其中添加剂是：具有同分异构体结构的低分子醇类化合物；或具有共轭双键的低分子量醇类化合物；或两种结构低分子量醇类化合物的混合物。制备方法：先将添加剂加入溶剂中，配制预分散液；将预分散液、聚合物以及溶剂在恒温60℃下搅拌4h后涂膜，涂膜后45‑70℃真空干燥4‑16h，在160‑200℃高温处理4h成膜。本发明的方法简单易行，添加量少，击穿性能提升达到5‑15％，提升储能密度10‑21％，更特别的是，高温150℃下，击穿场强提升12％，储能提升58.6％，是一种简单易行迅速提升性能的方法。

Description

一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及储能介电薄膜领域，具体涉及一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，随着科技的发展、信息化的不断推进，具有快速充放电、抗循环老化、适用于高温高压等极端环境的耐高温电介质储能电容器受到广泛关注，尤其在脉冲功率系统中有着广泛应用，有望在脉冲激光器、电磁轨道炮、电磁弹射器等国防技术领域得到重大突破。另一方面，现有的商业化电容器薄膜主要为双向拉伸聚乙烯(BOPP)，其储能密度低、耐高温性能差，因此研发具有高储能性能和耐高温性能电介质薄膜极为迫切。提高电介质储能电容器储能性能的关键是研发具有超高储能密度和储能效率的电介质材料。目前聚醚砜的开发研究，主要着重于通过添加各种功能性填料，提升薄膜的介电常数，但同时不可避免的带来介电损耗的提升，且相应的成本及操作复杂性均有所增加。有鉴于此，在介电损耗无明显提升的情况下，提升材料的击穿强度和储能密度显得尤为重要。

发明内容

本发明目的在于提供一种应用于储能介电复合薄膜制备方法，积极推进高性能储能介电薄膜市场的应用，且方法简单易行，无需对现有设备进行改进，储能介电复合薄膜击穿性能提升5-15％，储能密度提升10-21％，更特别的是，高温150℃下，击穿场强提升12％，储能提升58.6％。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法，所述复合薄膜由以下质量百分比的各组分所配制的混合溶液涂膜得到：

聚醚砜 15-30％；

添加剂 0.1-0.3％；

溶剂 69.7-84.9％；

所述添加剂为低分子量醇类化合物，所述低分子量醇类化合物的碳原子数为8-30。

进一步的，所述添加剂为A类低分子醇类化合物，或B类低分子醇类化合物，或A类低分子醇类化合物和B类低分子醇类化合物的混合物；所述A类低分子醇类化合物为具有同分异构体的低分子量醇类化合物中的一种或几种；所述B类低分子醇类化合物为具有共轭双键结构的低分子量醇类化合物中的一种或几种；

进一步的，所述具有同分异构体的低分子量醇类化合物为十二碳醇酯，或具有类似结构的化合物；所述具有共轭双键结构的低分子量醇类化合物为十一烯醇，肉桂醇，或具有类似结构的化合物。

进一步的，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亚砜(DMSO)等极性溶剂中的一种或几种。

进一步的，所述一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将添加剂分散于溶剂中，得到预分散液；

2)将预分散液、聚醚砜及溶剂配成混合液，在60℃下搅拌4h；

3)上述混合液涂膜，涂膜后在真空烘箱中45-70℃下处理4-16h；

4)真空烘箱处理完的薄膜经160-200℃鼓风烘箱干燥处理4h得到所需薄膜。

进一步的，所述溶剂为DMF，NMP，DMSO等极性溶剂中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明的技术方案获得了如下有益效果：

本发明公开一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法，其中，储能介电复合薄膜配比包括：聚苯醚砜15-30％，添加剂0.1-0.3％，溶剂69.7-84.9％；其中添加剂是：具有同分异构体的结构的低分子醇类化合物，如十二碳醇酯等；或具有共轭双键的低分子量醇类化合物，如十一烯醇，肉桂醇等；或两种结构的混合物。制备方法包括：将添加剂分散于溶剂中，得到预分散液，将预分散液、聚合物以及溶剂在恒温60℃下搅拌240min后涂膜，涂膜后真空干燥4h，再200℃处理4h后。本发明的方法简单易行，添加量少，击穿性能提升达到5-15％，提升储能密度10-21％，尤其是高温150℃下，击穿场强提升12％，储能提升58.6％是一种不需要改善现有设备即可明显提升的方法。

本发明制得的上述制得的储能介电复合薄膜具有简单易行，添加量少，击穿性能提升达到5-15％，提升储能密度10-21％，尤其是高温150℃下，击穿场强提升12％，储能提升58.6％，是一种不需要改善现有设备即可明显提升的方法。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本发明主题公开的一部分。

从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

基于科技的发展，信息化的不断推进，商业化储能薄膜需求的不断提升，性能要求的不断提高；具有快速充放电、抗循环老化、适用于高温高压等极端环境的耐高温电介质储能电容器，替代现有的商业化电容器薄膜(BOPP)，研发具有高储能性能和耐高温性能电介质薄膜显得极为迫切。

具体的，本发明公开的一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法，其包含如下质量百分比的各组分：

聚醚砜 15-30％

添加剂 0.1-0.3％

溶剂 69.7-84.9％；

一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将添加剂分散于溶剂中，得到预分散液；

2)将预分散液、聚醚砜及溶剂配成混合液，在60℃下搅拌4h；

3)上述混合液涂膜，涂膜后在真空烘箱中45-70℃下处理4-16h；

4)真空烘箱处理完的薄膜经160-200℃鼓风烘箱干燥处理4h得到所需薄膜。

实施例1

1)将十二碳醇酯分散于DMF中，得到预分散液；

2)将预分散液、聚醚砜及DMF配成混合液，其中重量比例：聚醚砜20％，十二碳醇酯有效含量0.25％，溶剂79.75％；在60℃下搅拌240min；

3)上述混合液涂膜，涂膜后再真空烘箱中45℃下处理16h；

4)真空烘箱处理后的薄膜经200℃鼓风烘箱处理4h；

实施例2

1)将十二碳醇酯分散于DMF中，得到预分散液；

2)将预分散液、聚醚砜及DMF配成混合液，其中重量比例：聚醚砜30％，十二碳醇酯有效含量0.3％，溶剂69.7％；在60℃下搅拌240min；

3)上述混合液涂膜，涂膜后再真空烘箱中70℃下处理4h；

4)真空烘箱处理后的薄膜经160℃鼓风烘箱处理4h；

实施例3

1)将十二碳醇酯分散于DMF中，得到预分散液；

2)将预分散液、聚醚砜及DMF配成混合液，其中重量比例：聚醚砜15％，十二碳醇酯有效含量0.1％，溶剂84.9％；在60℃下搅拌240min；

3)上述混合液涂膜，涂膜后再真空烘箱中60℃下处理8h；

4)真空烘箱处理后的薄膜经160℃鼓风烘箱处理4h；

实施例4

1)将肉桂醇分散于DMF中，得到预分散液；

2)将预分散液、聚醚砜及DMF配成混合液，其中重量比例：聚醚砜20％，肉桂醇有效含量0.2％，溶剂74.8％；在60℃下搅拌240min；

3)上述混合液涂膜，涂膜后再真空烘箱中50℃下处理16h；

4)真空烘箱处理后的薄膜经200℃鼓风烘箱处理4h；

实施例5

1)将十二碳醇酯和十一烯醇1:1分散于DMF中，得到预分散液；

2)将预分散液、聚醚砜及DMF配成混合液，其中重量比例：聚醚砜20％，混合添加剂有效含量0.2％，溶剂74.8％；在60℃下搅拌240min；

3)上述混合液涂膜，涂膜后再真空烘箱中60℃下处理4h；

4)真空烘箱处理后的薄膜经160℃鼓风烘箱处理4h；

对比例1

1)将聚醚砜及DMF配成混合液，其中重量比例：聚醚砜20％，溶剂80％；在60℃下搅拌240min；

2)上述混合液涂膜，涂膜后再真空烘箱中45℃下处理16h；

3)真空烘箱处理后的薄膜经200℃鼓风烘箱处理4h；

对比例2

1)将聚乙二醇对异辛基苯基醚分散于DMF中，得到预分散液；

2)将预分散液、聚醚砜及DMF配成混合液，其中重量比例：聚醚砜20％，聚乙二醇对异辛基苯基醚有效含量0.2％，溶剂79.7％；在60℃下搅拌240min；

3)上述混合液涂膜，涂膜后再真空烘箱中45℃下处理16h；

4)真空烘箱处理后的薄膜经2000℃鼓风烘箱处理4h；

对比例3

1)将甘油分散于DMF中，得到预分散液；

2)将预分散液、聚醚砜及DMF配成混合液，其中重量比例：聚醚砜25％，甘油有效含量0.25％，溶剂74.7％；在60℃下搅拌240min；

3)上述混合液涂膜，涂膜后再真空烘箱中45℃下处理16h；

4)真空烘箱处理后的薄膜经200℃鼓风烘箱处理4h；

性能测试：

介电性能测试：先用高真空电阻蒸发镀膜机在薄膜的两面分别蒸镀上铜电极，然后再将镀有铜电极的薄膜放到精密阻抗分析仪(KEYSIGHT E4990A)中用夹具夹住铜电极，在室温下测试100Hz-120MHz范围内的介电性能。

储能密度测试：先用高真空电阻蒸发镀膜机在薄膜的两面分别蒸镀上铜电极，然后再将镀有铜电极的薄膜放在铁电测试仪(美国Poly k公司，PK-CPE1701)中的两个电极中间夹住，将电极连同薄膜都浸入到绝缘油(二甲基硅油)中，频率设为100Hz，测试其储能密度。

对上述实施例及对比例的实施例及对比例分别测试介电性能，包括介电常数、介电损耗，并在100HZ频率下测试击穿强度和储能密度，性能测试结果如表1所示。

表1实施例和对比例介电性能测试结果

备注：1.储能密度指的是效率90％及以上时的数据，下同；

2.击穿和储能为100HZ频率下的数据；

上述性能测试结果表明，对于上述物质的微量添加，不会对介电常数和介电损耗产生较大影响，由于测试误差的存在，这两项几乎无差异。对于存在同分异构的低分子量化合物，如：十二碳醇酯，其存在仲酯和伯酯两种同分异构体，其中仲酯比伯酯分子结构长，电子云分布不均，能量等级高，伯酯更加稳定。通过对伯酯进行加热或外加电场，可以提高其内在能量，向仲酯转化；同时，在常温下，仲酯会逐渐降低自身能量，向伯酯转化，在一定温度及一定时间后，会逐渐平衡。这样就达到了吸收能量提升性能的结果。同样的，对于存在共轭双键或苯环的低分子化合物，则由于共轭结构的存在，更利于电子的迁移，也能起到提升性能的效果。但是，单纯含有醇羟基则无法起到这个效果，对比例3是很好的验证。

同时通过上述表格展示的材料性能测试结果表明，采用上述实施例制得的产品，在常温下击穿场强提升达到5-15％，储能密度提升10-21％，也与实际的储能密度提升相适应。尤其是实施例1，在150℃下提升更加很明显，击穿场强提升12％，储能提升58.6％。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (4)

1.一种应用于储能介电复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜由以下质量百分比的组分制成：

聚醚砜 15-30%

添加剂 0.1-0.3%；

溶剂 69.7-84.9%；

所述添加剂为低分子量醇类化合物，所述低分子量醇类化合物的碳原子数为8-30；

所述添加剂为A类低分子醇类化合物，或A类低分子醇类化合物和B类低分子醇类化合物的混合物；所述A类低分子醇类化合物为具有同分异构体的低分子量醇类化合物中的一种或几种；所述具有同分异构体的低分子量醇类化合物为十二碳醇酯。

2.根据权利要求1所述的一种应用于储能介电复合薄膜，其特征在于，所述溶剂为DMF，NMP和DMSO中的一种或几种。

3.一种权利要求1所述应用于储能介电复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将添加剂分散于溶剂中，得到预分散液；

2）将预分散液、聚醚砜及溶剂配成混合液，在60℃下搅拌4h；

3）上述混合液涂膜，涂膜后在真空烘箱中45-70℃下处理4-16h；

4）真空烘箱处理完的薄膜经160-200℃鼓风烘箱干燥处理4h得到所需薄膜。

4.根据权利要求3所述的一种应用于储能介电复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为DMF，NMP，DMSO中的一种或几种。