[发明专利]全有机复合材料薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种全有机复合材料薄膜及其制备方法与应用，其中，所述全有机复合材料薄膜包括：聚合物基体和有机填料，所述聚合物基体包括聚偏二氟乙烯‑co‑六氟丙烯，所述有机填料分散在所述聚合物基体中，并且所述有机填料包括丁腈橡胶。由此，该全有机复合材料薄膜具有介电常数较高、物理机械性能良好、击穿场强高和放电能量密度高等优点。

技术领域

本发明属于电介质材料技术领域，具体涉及一种全有机复合材料薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，金属化有机电介质薄膜电容器因其极高的充放电速率、优异柔韧性、可加工性、出色的绝缘性能和良好的自愈性等特性，在电子电气工业和电子能源系统中受到了广泛的关注和研究。目前，商用的双轴拉伸聚丙烯电容器(BOPP)的介电常数约为2.2，较低的介电常数导致能量密度通常低于3J/cm³，这限制了薄膜电容器在电气设备小型化要求下的应用。为提高表面电容器的介电常数以及能量密度，通常将具有高介电常数的陶瓷粒子或者导电粒子添加到聚合物基体中，聚合物基电介质复合材料的制备方法主要是溶液共混或者熔融共混法。

例如，B.Liu等人在“High energy density and discharge efficiencypolypropylene nanocomposites for potential high-power capacitor”(《EnergyStorage Materials》,2020,27,443)一文中，将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆的钛酸钡(BaTiO₃)添加到聚丙烯聚合物(PP)基体内制备成复合材料。随着钛酸钡填料的添加，该复合材料的介电常数可以达到3.8，能量密度可以达到3.86J/cm³，但是复合材料的介电损耗会因为无机填料的添加而增加；Yefeng Feng等人在“An ultrahigh discharged energydensity achieved in an inhomogeneous PVDF dielectric composite filled with 2DMXene nanosheets via interface engineering”(《Journal of Materials ChemistryC》,2018,6,13283)一文中，以铁电聚合物(PVDF)为基体，以表面改性的Ti₃C₂T_x为无机分散相，采用溶液刮涂法制备了聚合物基介电复合材料。该复合材料中，通过合理设计导电填料的含量，复合材料的介电常数在100赫兹时可以达到26，能量密度可以达到12.5J/cm³，但是击穿场强会随着导电填料的增加而显著降低。

但是，目前报道的聚合物基电介质复合材料，无法同时满足高介电常数、高击穿强度、高能量密度和优异的加工性能等要求。例如，在将具有高介电常数的陶瓷粒子或者导电粒子添加到聚合物基体后，复合材料的损耗会增加，从而造成效率下降的问题。

因此，如何提高聚合物基电介质复合材料的绝缘性能与储能特性，并同步优化聚合物基复合材料的制备工艺，成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种全有机复合材料薄膜及其制备方法与应用。该全有机复合材料薄膜具有介电常数较高、物理机械性能良好、击穿场强高和放电能量密度高等优点。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种全有机复合材料薄膜。根据本发明的实施例，所述全有机复合材料薄膜包括：

聚合物基体，所述聚合物基体包括聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯；

有机填料，所述有机填料分散在所述聚合物基体中，并且所述有机填料包括丁腈橡胶。