薄膜电容器材料及其制备方法与流程

本发明涉及薄膜电容器，具体涉及一种薄膜电容器材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚合物基电介质材料具有相对较低的能量密度，这对于储能装置的发展是不利的。随着多年来对聚合物电介质储能材料广泛研究，其储能密度已得到了大幅度提升。需要指出的是，这些优异的储能性能主要是在室温下获得的，缺乏对其高温储能性能的系统性研究。另外，随着近年来新能源汽车等应用需求的不断增加，对材料在高温环境下的综合性能尤其是储能密度提出了新的要求和挑战。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题。

2、材料的储能密度高度依赖于介电常数和击穿强度这两个介电参数，即高介电常数和高击穿强度的材料具有高储能密度，然而，在传统介电材料中这两个介电参数呈负相关。聚合物基电介质的介电常数较低直接限制了电容器所能获得的能量密度，高介电常数填料有助于提高复合材料介电常数，但是会降低复合材料击穿强度。

3、本发明的一个发明目的在于提供一种薄膜电容器材料，以聚萘二甲酸乙二醇酯作为基体，通过添加无机纳米填料来调整材料的介电常数以及击穿强度，提高材料在高温环境中的储能密度。

4、本发明的另一个发明目的在于提供一种薄膜电容器材料，通过选用宽带隙纳米填料（禁带宽度大于4.5ev），降低可移动载流子的浓度，增加陷阱深度，在提高材料击穿强度的同时，降低介电损耗，从而提高材料的储能密度。

5、本发明的另一个发明目的在于提供一种薄膜电容器材料，相比于零维的纳米颗粒，一维纳米线、二维纳米片、三维纳米簇具有更高的长径比和比表面积，在保持适度的击穿强度的同时能够进一步改进材料的介电性能。

6、本发明提供了一种薄膜电容器材料，包括：聚萘二甲酸乙二醇酯、无机纳米填料和偶联剂；其中，所述无机纳米填料的禁带宽度大于4.5ev。

7、根据本发明的实施例，聚萘二甲酸乙二醇酯（下称pen），熔点为265℃与pet相近，pen与pet电气特性接近，适用于中低压电路应用，且具备体积下、价格低等优势。使用pen薄膜带来不少优点：对于给定的温度，可以使用较薄的绝缘材料，有助降低绝缘及其他材料成本、节约空间并且具有更好的设计可能性及良好的热传递性，可以简单地像平膜一样使用，也可以与某些材料复合以得到高质量的低成本贴合系统。

8、根据本发明的实施例，所述无机纳米填料为纳米线、纳米片、纳米簇中的一种或几种。

9、根据本发明的实施例，所述无机纳米填料为禁带宽度大于4.5ev的单一填料，或者包括至少两种禁带宽度均大于4.5ev的填料。

10、根据本发明的实施例，所述无机纳米填料为氧化镧纳米填料、氧化铪纳米填料、氧化锆纳米填料中的一种或几种。

11、其中，氧化镧纳米填料的禁带宽度（~5.5ev），其是一种白色无定型粉末，熔点2000℃以上，沸点4200℃，粒子小、比表面积大、活性高，广泛应用于发光材料、贮氢材料、激光材料。

12、氧化铪纳米填料的禁带宽度（~5.97ev），其是一种无毒、无味的白色固体，熔点2780℃，沸点5400℃，不溶于水、盐酸和硝酸，可溶于浓硫酸和氟氢酸，化学性质不活泼，熔点高且具有薄膜特性。

13、氧化锆纳米填料的禁带宽度（~5.0ev），其为白色粉体，分子量123.22，熔点2680℃，沸点4275℃，硬度较大，常温下为绝缘体、而高温下则具有优良的导电性。将纳米氧化锆与其他材料复合，可以极大地提高材料的性能参数，提高其断裂韧性、抗弯强度等。

14、根据本发明的实施例，所述偶联剂可以选用钛酸酯偶联剂或者硅烷偶联剂。

15、根据本发明的实施例，以重量份数计，所述聚萘二甲酸乙二醇酯85-90份，无机纳米填料10-15份，偶联剂1-3份。优选地，以重量份数计，所述聚萘二甲酸乙二醇酯85份，无机纳米填料15份，偶联剂1份。

16、根据本发明的实施例，所述薄膜电容器材料为拉伸膜。

17、根据本发明的实施例，所述薄膜电容器材料的厚度为5μm以下。

18、根据本发明的实施例，所述薄膜电容器材料的原料还包括：抗静电剂、抗老化剂、抗粘连剂、爽滑剂、珠光粉中的一种或几种。

19、本发明中的抗静电剂可以选用但不局限于硬脂酸单甘酯，n，n-双（2-羟乙基）脂肪酰胺或者羟乙基烷基胺等抗静电剂。

20、本发明中的抗老化剂可以选用但不局限于抑制高聚物降解作用，抑制氧化作用、光降解作用，消除杂质的催化作用的种类。

21、本发明中的抗粘连剂可以选用但不局限于二氧化硅类无机抗粘连剂，例如厂商schulman的abpp系列牌号、abvt系列牌号，例如abpp05、abvt18等。

22、本发明中的爽滑剂可以选用但不局限于硅酮类爽滑剂，例如厂商schulman的asp系列牌号、ast系列牌号，例如asp3200、ast1000等。

23、本发明中的珠光粉可以选用但不局限于微细的碳酸钙粉末或者珠光颜料，例如二氧化钛、云母晶片系列等。

24、本发明还提供了一种如上述任一项所述的薄膜电容器材料的制备方法，包括如下步骤：将配方量的聚萘二甲酸乙二醇酯、无机纳米填料熔融共混挤出，在挤出过程中加入偶联剂，之后经拉伸制得薄膜电容器材料。

25、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

26、本发明所用试剂和原料均市售可得。

27、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

28、本发明实施例的技术方案，通过薄膜电容器材料包括：聚萘二甲酸乙二醇酯、无机纳米填料和偶联剂；其中，所述无机纳米填料的禁带宽度大于4.5ev。通过偶联剂使得无机纳米填料更好地与聚萘二甲酸乙二醇酯混溶，利用禁带宽度大于4.5ev无机纳米填料改善聚萘二甲酸乙二醇酯自身较低的极化，制备得到耐高温且具有高储能密度的薄膜电容器材料。

29、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种薄膜电容器材料，包括：聚萘二甲酸乙二醇酯、无机纳米填料和偶联剂；其中，所述无机纳米填料的禁带宽度大于4.5ev。

2.根据权利要求1所述的薄膜电容器材料，其中，所述无机纳米填料为纳米线、纳米片、纳米簇中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的薄膜电容器材料，其中，所述无机纳米填料为禁带宽度大于4.5ev的单一填料，或者包括至少两种禁带宽度均大于4.5ev的填料。

4.根据权利要求3所述的薄膜电容器材料，其中，所述无机纳米填料为氧化镧纳米填料、氧化铪纳米填料、氧化锆纳米填料中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的薄膜电容器材料，其中，以重量份数计，所述聚萘二甲酸乙二醇酯85-90份，无机纳米填料10-15份，偶联剂1-3份。

6.根据权利要求5所述的薄膜电容器材料，其中，以重量份数计，所述聚萘二甲酸乙二醇酯85份，无机纳米填料15份，偶联剂1份。

7.根据权利要求1-6任一项所述的薄膜电容器材料，其中，所述薄膜电容器材料为拉伸膜。

8.根据权利要求7所述的薄膜电容器材料，所述薄膜电容器材料的厚度为5μm以下。

9.根据权利要求1所述的薄膜电容器材料，还包括：抗静电剂、抗老化剂、抗粘连剂、爽滑剂、珠光粉中的一种或几种。

10.如权利要求1-9任一项所述的薄膜电容器材料的制备方法，包括如下步骤：将配方量的聚萘二甲酸乙二醇酯、无机纳米填料、偶联剂熔融共混挤出，之后经拉伸制得薄膜电容器材料。

技术总结
本发明涉及薄膜电容器技术领域，具体涉及一种薄膜电容器材料及其制备方法，所述薄膜电容器材料，包括：聚萘二甲酸乙二醇酯、无机纳米填料和偶联剂；其中，所述无机纳米填料的禁带宽度大于4.5ev。通过偶联剂使得无机纳米填料更好地与聚萘二甲酸乙二醇酯混溶，利用禁带宽度大于4.5ev无机纳米填料改善聚萘二甲酸乙二醇酯自身较低的极化，制备得到耐高温且具有高储能密度的薄膜电容器材料。

技术研发人员：宋文兰
受保护的技术使用者：河北海伟电子新材料科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11