[发明专利]一种全有机复合电介质的制备及储能性能优化方法

说明书

一种全有机复合电介质的制备及储能性能优化方法，它涉及一种高储能密度及较高击穿介质材料。此发明是为了解决现阶段电介质电容器材料介电损耗偏高和能量存储密度较低的问题。实验方法如下：采用溶液法、刮涂工艺制备了聚偏氟乙烯(PVDF)基全有机复合介质薄膜，选用线性电介质材料聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PESU)、氰乙基纤维素(CR‑C)、氰乙基支链淀粉(CR‑S)等有机聚合物作为复合电介质中占比较少的填充相，且线性电介质材料通常具有良好的高温稳定性、较高的绝缘强度和较低的介质损耗。为获得致密的PVDF基复合电介质薄膜，以及促使PVDF分子与PI、PESU、CR‑C、CR‑S分子结合的更加稳定，将上述PVDF基介质薄膜进行高温热压和淬火处理。本发明制备工艺流程简便，研发的全有机复合薄膜介质具有良好的击穿强度和较高的储能密度，同时维持了聚合物自身优异的电绝缘与机械性能。本发明属于储能介质的制备及储能应用领域。

技术领域

本发明属于介质电容器领域，尤其涉及一种结构均一且稳定的全有机复合电介质薄膜的制备及储能性能优化方法。

背景技术

基于聚偏氟乙烯(PVDF)与有机介质共混的全有机复合介质具有兼容性好、韧性好、成型简单、击穿强度较高等优点，在电介质储能领域具有广阔应用前景。由于PVDF作为一种铁电聚合物介质材料，拥有高的极化强度和介电常数，相应的介电损耗也比较高。因此，如何在提高以聚偏氟乙烯为基体的复合介质的储能密度的同时，降低其介电损耗，成为获得优异性能的复合材料的重点和难点。而聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PESU)、氰乙基纤维素(CR-C)、氰乙基支链淀粉(CR-S)等有机聚合物属于线性电介质材料，本身具有较高的绝缘强度和较低的介质损耗。这项工作中，向聚偏氟乙烯中加入新型线性电介质材料，基于相似相溶性原理可以提高全有机复合介质的电学和力学性能。最终，预计这项研究将推动高性能聚合物基纳米复合电介质的发展，并且该纳米复合电介质具有集成、高效、灵活、轻量和低成本优势，可用于先进商业，航空航天和军事领域。

发明内容

本发明目的是为了解决介质储能密度较低、击穿强度较低的技术问题，提供了一种全有机复合电介质的制备及储能性能优化方法。

本发明的技术方案：

一种全有机复合电介质的制备及储能性能优化方法，其特征在于所述利用一种聚偏氟乙烯基体，分别与PI、PESU、CR-C、CR-S等有机聚合物共混，制备成全有机电介质。

进一步的，所述一种全有机复合电介质的制备及储能性能优化方法，其特征在于所述有机聚合物占聚偏氟乙烯基复合介质质量分数的5wt.％。

一种全有机复合电介质的制备及储能性能优化方法，其特征在于所述制备方法步骤如下：

步骤一：

取一定量的PI、PESU、CR-C、CR-S，置于塑封袋中，在鼓风干燥箱中一定温度烘烤一段时间，随后分别称取等质量的聚偏氟乙烯粉末，将其溶解在一定量的N-N二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，将其在适当温度下磁力搅拌至粉末分散均匀。待聚偏氟乙烯溶解均匀，分别加入PI、PESU、CR-C、CR-S，继续搅拌一段时间得到共混的全有机前驱体溶液；

步骤二：

将步骤一中所得前驱体溶液放入真空干燥箱中，设定好温度和时间抽取真空，静置若干小时，待前驱体溶液中气泡析出完全后取出胶体备用；

步骤三：

刮涂法制备全有机复合介质湿膜，将洗净的玻璃板放置在自动涂膜机上，调平刮刀，确定刮刀的回转格数，通过调节自动涂膜机推进速率，以及推进位置，将刮涂法制备的湿膜置于鼓风干燥箱内适宜温度下烘干热处理若干小时；

步骤四：