[发明专利]一种耐高温高储能全有机聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种耐高温高储能全有机聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法和应用，属于薄膜电容器领域。包括：将二胺单体和二酐单体通过聚合反应得到聚酰胺酸溶液，将其与聚氨酯混合，再进行热酰亚胺化处理，得到全有机聚酰亚胺复合薄膜。在本发明中，引入聚氨酯可以获得介电常数和击穿场强的协同提升，从而在高温下获得了高的能量密度。实施例的结果显示，本发明制备的全有机聚酰亚胺复合薄膜在150℃下获得了最高的放电能量密度为4.1J·cm^‑3。同时该薄膜具有制备工艺简单，易于大批量生产的优点，在高温下应用的薄膜电容器储能设备中具有良好的前景。

技术领域

本发明涉及薄膜电容器领域，尤指一种耐高温高储能全有机聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

有机薄膜电容器具有功率密度高、充放电速度快、安全性高等优势，被广泛应用于电网、电磁炮等需要大功率的领域中。双轴取向聚丙烯薄膜(BOPP)具有高击穿强度(700MV/m)、低能量损失(25℃时为0.02％)成为有机薄膜电容器的首选材料。但是其介电常数较低(≈2.2)，导致能量密度难以提高。另外，BOPP薄膜的工作温度需低于105℃，这严重影响了有机薄膜电容器在高温下的应用。PI由于其结构中大量刚性酰亚胺环和苯环的存在，具有高的热稳定性，是高温储能电容器材料有潜力的候选材料。目前研究人员主要是通过在聚酰亚胺基体中引入无机填料(例如：氮化硼CN108997754A)以制备纳米复合材料进一步改善储能密度。但是聚合物与无机填料之间的较差的界面相容性会引起结构缺陷和电场集中，从而使得击穿场强急剧降低。聚合物与无机填料的界面相容性可以通过表面改性进行改善。例如公开号为CN113603887A的发明专利中，将改性钛酸钡引入聚酰亚胺中以改善其电和热性能。但是上述方式改性工艺复杂耗时，不利于大规模生产。

因此，设计一种简单高效的方法来提高聚酰亚胺的高温储能性能成为急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温高储能全有机聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法和应用。本发明制备的全有机聚酰亚胺复合薄膜制备方法简单、易于大规模生产、实用性强，并且在高温下具有高的介电常数、击穿场强和储能密度。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种耐高温高储能全有机聚酰亚胺复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将二胺单体和二酐单体溶于极性溶剂中，通过聚合反应得到聚酰胺酸溶液。

(2)将所述步骤(1)得到的聚酰胺酸溶液，将其与聚氨酯混合，得到聚酰胺酸复合溶液。

(3)将所述步骤(2)得到的聚酰胺酸复合溶液进行酰亚胺化处理，得到全有机聚酰亚胺复合薄膜。

优选地，所述步骤(1)中的二胺单体包括间苯二胺、4,4'-二氨基二苯醚、3,3'-二氨基二苯甲酮，所述二酐单体包括均苯四甲酸酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、4,4'-氧双邻苯二甲酸酐。

优选地，所述步骤(1)中的二胺单体和二酐单体的物质的量之比为1:1。

优选地，所述步骤(1)中的极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或两种的混合物。

优选地，所述步骤(1)中的聚合反应的温度为0～50℃，聚合反应的时间为5～72h。

优选地，所述步骤(2)中的聚氨酯的质量与二胺单体、二酐单体和聚氨酯的总质量之比为(1～20):100。

优选地，所述步骤(3)中的酰亚胺化处理的温度为80～300℃，酰亚胺化处理的时间优选为3-8h。

优选地，所述步骤(3)中的全有机聚酰亚胺复合薄膜厚度为10-20μm。