一种低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料及其制备方法和电容器与流程

本发明涉及电容器领域，具体是一种低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料及其制备方法和电容器。

背景技术：

1、聚合物电介质已广泛应用于电容器储能领域，例如，具有快速存储/释放电荷功能的介质电容器是高压脉冲电源、电动汽车逆变器、医用除颤器等电气设备和现代电子产品的基础部件，这是因为以聚合物电介质构成的介质电容器具有超高的功率密度、高耐压性和较高的可靠性。然而，随着电力电子器件的发展趋向于小尺寸化，目前常用的聚合物电介质的体积能量密度通常较低，还不足以满足高功率和尺寸紧凑的电子设备和电气系统的需求。例如，目前常用的双向拉伸聚丙烯薄膜(bopp)的放电能量密度仅有约4j/cm3，这是因为击穿场强和泄露电流是决定介电材料能量密度的关键参数，受到低击穿场强和较大的泄漏电流的限制，聚合物损耗增加，最终表现为储能特性属于较低水平。因此，降低聚合物电介质的泄漏电流或者提高聚合物电介质的击穿场强和能量密度具有重要意义。

2、目前，通过降低聚合物电介质的泄漏电流或者提高聚合物电介质击穿特性从而提高储能特性的方法主要有四种：(1)开发新型聚合物材料；(2)优化材料结构；(3)制备纳米复合材料；(4)优化制备工艺。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料及其制备方法和电容器，本发明提供的聚丙烯复合薄膜材料的泄露电流低，从而提高了其储能性能。

2、本发明提供了一种低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料，其由等规聚丙烯和葡萄糖交联得到。

3、本发明所述等规聚丙烯的结晶度为50～52％。在一个实施例中，所述等规聚丙烯的结晶度为50.2％，熔点为168℃。本发明所述等规聚丙烯和葡萄糖的质量比为(85～90)：(8～15)。在一个实施例中，本发明所述等规聚丙烯和葡萄糖的质量比为90：1。本发明所述低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料中的葡萄糖的质量百分数为8～15wt％，等规聚丙烯的质量百分数为85～90wt％。在一个实施例中，本发明所述低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料中的葡萄糖的质量百分数为10wt％，等规聚丙烯的质量百分数为90wt％。

4、本申请提供的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料，以本发明所述的等规聚丙烯薄膜为基体，然后掺入了葡萄糖(glc)这种富含羟基且成本低的有机分子，能够促使聚合物基体内的氢键形成物理交联网络，由此形成的有机聚合物复合材料的泄露电流得到显著降低，并且具有高的击穿场强和能量密度。

5、本发明还提供了一种低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

6、s1)将等规聚丙烯和葡萄糖在有机溶液中交联后，得到交联液；

7、s2)将步骤s1)得到的交联液成膜，得到低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料。

8、本发明首先将等规聚丙烯和葡萄糖在有机溶液中交联后，得到交联液。具体而言，本发明首先将等规聚丙烯的有机溶液和葡萄糖混合进行交联，得到交联液；所述等规聚丙烯的有机溶液由等规聚丙烯和有机溶剂混合得到。本发所述等规聚丙烯和上述一样，不再赘述。本发明所述有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、过氧化二氨基中的至少一种。本发明所述等规聚丙烯和葡萄糖的质量比为(85～90)：(8～15)，优选为90：10。本发明将等规聚丙烯干燥后和有机溶剂混合的条件为：在70～80℃下搅拌2～3h，优选在80℃下搅拌1.5h。本发明所述交联的温度为20～30℃，优选为25℃；所述交联的时间为1.5～2h，优选为2h。

9、本发明得到交联液后，将所述交联液成膜，得到低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料。具体而言，本发明将所述交联液在基板上干燥成膜，使所述交联液中的有机溶剂蒸发，在所述基板上形成低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料；所述成膜的温度为60～70℃，优选为60℃；所述成膜的时间为10～12h，优选为12h。本发明对所述基板无特殊限制，为本领域技术人员熟知的可以用于成膜的基板材料，如玻璃板。

10、本发明将所述交联液成膜后，还包括将得到的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料从所述基板中剥离。在本发明的某些实施例中，在所述基板上形成低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料后，将所述基板在150～160℃下加热10～15min，然后迅速放入冰水中进行剥离。本发明将得到的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料从所述基板中剥离后，将剥离后得到的产物干燥除去水分和残留溶剂，得到低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料。在本发明的某些实施例中，所述低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料的厚度为10μm。

11、本发明还提供了一种电容器，包括正极、负极和介电薄膜；所述介电薄膜为上述的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料或者上述的制备方法得到的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料。

12、本发明提供了一种低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料及其制备方法和电容器。本发明提供的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料，其由等规聚丙烯和葡萄糖交联得到。本发明提供的复合薄膜材料具有交联网络结构，其以聚丙烯薄膜为基体掺入富含羟基且成本低的葡萄糖有机分子，所述葡萄糖促使聚合物基体内的氢键形成物理交联网络，由此形成的有机聚合物复合材料降低了泄漏电流，和原始薄膜相比，这种材料具有更低的泄露电流和更高的可放电能量密度(14.7j/cm3)，是目前常用的bopp的3倍之多。

技术特征：

1.一种低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料，其特征在于，其由等规聚丙烯和葡萄糖交联得到。

2.根据权利要求1所述的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料，其特征在于，所述等规聚丙烯和葡萄糖的质量比为(85～90)：(8～15)。

3.根据权利要求2所述的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料，其特征在于，所述等规聚丙烯和葡萄糖的质量比为90：10。

4.根据权利要求1所述的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料，其特征在于，所述等规聚丙烯的结晶度为50％～52％。

5.一种低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述等规聚丙烯和葡萄糖的质量比为(85～90)：(8～15)。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述等规聚丙烯和葡萄糖的质量比为90：10。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述等规聚丙烯的结晶度为50％～52％。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述交联的温度20℃～30℃；所述交联的时间为1.5h～2h。

10.一种电容器，其特征在于，包括正极、负极和介电薄膜；

技术总结
本发明涉及电容器领域，具体是一种低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料及其制备方法和电容器。本发明提供的低泄露电流聚丙烯复合薄膜材料，其由等规聚丙烯和葡萄糖交联得到。本发明提供的复合薄膜材料具有交联网络结构，其以聚丙烯薄膜为基体掺入富含羟基且成本低的葡萄糖有机分子，所述葡萄糖促使聚合物基体内的氢键形成物理交联网络，由此形成的有机聚合物复合材料降低了泄漏电流，和原始薄膜相比，这种材料具有更低的泄露电流和更高的可放电能量密度(14.7J/cm3)，是目前常用的BOPP的3倍之多。

技术研发人员：付强,李强,姚成,邓玉芳,张鹏望,孟森,彭永来,赵银山,吕禹,王电处,田松丰,胡泰山,刘浩,胡上茂,廖民传
受保护的技术使用者：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21