[发明专利]表面改性的多组分层状介电膜

说明书

本发明公开了一种多组分介电膜，该多组分介电膜包括重叠的介电层和外层，所述外层具有比所述重叠的介电层更高的表面能，所述重叠的介电层至少包括第一聚合物材料、第二聚合物材料以及任选地第三聚合物材料，邻接的介电层之间限定出大体位于x‑y‑z坐标系x‑y平面中的大体平坦的界面，位于所述层之间的所述界面使所述层中积累的电荷离域。

相关申请

本申请要求于2018年7月19日提交的、申请号为62/700,558的美国临时申请的权益，其主题通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种多组分层状介电膜及其在电容器和其他储能装置中的应用。

背景技术

电容器采用金属化或保持在金属箔电极之间的热塑性介电薄膜聚合物，例如聚丙烯 (PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、聚-2,6-萘二甲酸乙二醇酯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯醚、聚四氟乙烯和聚苯硫醚。金属化膜电容器广泛应用于各种电子电气设备中，包括用于空调、荧光灯和高强度光镇流器、电源、电讯设备、仪器和医疗电子设备的马达运行和电动机启动电路。在许多的这些应用中，金属化电容器用于储存能量。

美国专利第8,611,068号描述了用于生产介电膜的聚合物材料的多层共挤出工艺。该专利公开了包括具有不同介电特性的聚合物交替层的介电多层聚合物膜，在这些层之间产生使电荷离域并改善介电特性的界面。该专利公开在多层膜中使用可混溶或不可混溶的两种或更多种聚合物或其共混物。该专利还教导随后对膜进行拉伸以改善介电特性。

发明内容

本文所述的实施例涉及膜表面改性的多组分层状介电膜，该膜表面改性可以提高膜的表面能而不会显著牺牲膜的介电性能。提高膜的表面能可以增强膜的外表面的金属粘附性以及电极附着性，从而改善电容器及储能应用的金属化和电极相容性。

在一些实施例中，所述多组分层状介电膜可包括多个离散(discrete)的聚合物层，所述多个离散的聚合物层至少部分地重叠以限定出离散的重叠的介电层。所述多个离散的聚合物层可包括限定出所述离散的重叠的介电层中一个、两个、三个或更多个的第一聚合物层、第二聚合物层以及任选地第三聚合物层。

可对所述膜的外表面(例如，顶面和/或底面)进行改性来提高所述膜的表面能，以改善膜的金属化和电极附着性。在一些实施例中，所述膜的外表面可以用由与外层相同或不同的聚合物形成的附加层进行改性。可添加所述外层以向所述膜提供改善的表面能特性。在另一些实施例中，可用诸如电晕处理或UV光化学的表面处理技术来对所述膜的外表面进行改性，以提高所述膜的表面能。

在一些实施例中，改性膜可具有至少约30达因/cm²、至少约35达因/cm²、至少约 40达因/cm²或至少约45达因/cm²的表面能，并且具有至少约700MV/m、至少约750 MV/m、至少约800MV/m、至少约850MV/m、至少约900MV/m、至少约950MV/m或至少约1000MV/m的击穿(breakdown)强度。

在一些实施例中，所述多组分层状介电膜可具有梯度层结构或具有不同单层厚度的层组(packet)。所述膜也可包含多个这样的层组，其中每个层组包含两个或更多个层厚度波动(thickness variation)。

在其它实施例中，所述多组分层状介电膜可包括所述离散的重叠的介电层的堆叠体 (stack)。所述介电层的堆叠体可至少包括第一聚合物材料、第二聚合物材料以及任选地第三聚合物材料。所述堆叠体的邻接介电层之间可限定出大体位于x-y-z坐标系x-y平面中的大体平坦(generally planar)的界面。与现有技术介电膜相比，所述介电层之间的所述界面可使所述层中积累的电荷(charge build up)离域(delocalize)，以提供增大的击穿强度和降低的损耗。