[发明专利]一种聚偏氟乙烯/钛酸钡复合膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种度聚偏氟乙烯/钛酸钡（PVDF/BT）复合膜材料的制备方法，属于超级电容器材料的制备领域。

背景技术

电容器作为电力、电子系统的重要元器件之一，其构成材料作为新材料的重要组成部分，它的发展在建设可持续发展、环境友好社会中具有非常重要的意义。超级电容器作为高密度储能材料应用的主要方面，经过了半个世纪的研究与探索，其体系日益完善。作为一种储能巨大、充放电速度快、工作温度范围宽、工作可靠安全、无维护保养、价格低廉的储能系统，它有效地解决了能源系统中功率密度与能量密度的矛盾。由于卓越的性能，使其越来越广泛地应用于人们日常生活的方方面面，在新能源战略中扮演越来越重要的角色。

随着电子工业近几十年的快速发展，原来单纯仅靠一种材料作为电容器的电介质材料已表现出许多缺陷。例如，单纯依靠具有高介电常数的陶瓷材料制作的电容器，虽然铁电陶瓷具有很高的介电常数，但受材料内部缺陷(晶界、孔隙等)和温度的影响很大，其击穿场强较低，并且在使用过程中其致命的弱点是陶瓷的脆性，受温差和机械作用等影响，此缺点决定了利用这种材料制造形状各异的电容器非常困难；此外，从现代产品的制造工艺和成本等方面考虑，大多数多层陶瓷电容器需要在1000℃左右的高温下与电极进行共烧，工艺复杂，耗能大，柔韧性差，易开裂。另一方面，单纯依靠柔性有机高分子材料作为电容器电介质材料也不令人满意，如BOPP的击穿场强为640kV／mm，但介电常数仅为2.2，且大多数聚合物自身介电常数（一般为2～3）较低，限制了电容器的电容值。因此，通过材料的复合效应，利用无机和有机材料各自的优点，研究具有高介电常数和高击穿场强的有机/无机复合电介质材料是解决以上问题的重要途径。就目前制备工艺来说，丝网印刷获得的样品致密性较差。提拉法制得的样品当浆料浓度较大时厚度不均匀，浆料浓度较稀时，样品致密性非常差。此外，就算用目前我所用的旋涂工艺，在BT纳米颗粒团聚，有机基体PVDF和无机颗粒BT界面结合紧密性上也没有很好地解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛酸钡（BT）纳米颗粒表面改性后的聚偏氟乙烯/钛酸钡（PVDF/BT）复合材料的制备方法，通过借助无机BT纳米颗粒的铁电性，使复合材料具有较高的相对介电常数；另一方面，选择介电性能优异的有机高分子材料PVDF作为基底材料，通过它使PVDF/BT复合材料保持高的击穿场强和介电常数。通过对无机纳米颗粒BT的表面改性，使其在与有机材料PVDF复合时，能通过钛酸酯耦联剂（NDZ101）的桥梁作用，使得无机填充颗粒BT与有机基体PVDF结合得更紧密，从而减少了复合材料PVDF/BT的缺陷，为获得高储能密度创造了条件。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种聚偏氟乙烯/钛酸钡复合膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗ITO玻璃基片，然后在烘箱中加热到适宜温度；

(2)钛酸钡表面改性，包括以下步骤：

a、将BT纳米颗粒置于异丙醇（IPA）中，搅拌后进行多次不连续超声处理，然后静置；

b、取上层未沉积的BT纳米颗粒与IPA的混合物，加入IPA至混合物总体积为400ml；

c、搅拌下加入NDZ101，搅拌混合后进行不连续超声处理；

d、连续多次重复c过程；

e、继续对步骤d得到的混合物进行搅拌；

f、静置，然后对上层混合物进行离心处理；

g、在离心后的BT纳米颗粒中加入IPA，超声清洗，洗去未能与BT纳米颗粒结合的NDZ101；

h、再次离心分离、烘干，得到表面改性的BT纳米颗粒；

(3)在步骤（2）所得的表面改性的BT纳米颗粒中加入IPA，不连续超声后搅拌；

(4)然后加入PVDF，再次进行不连续超声处理后搅拌；

(5)搅拌下加入二甲基甲酰胺（DMF），然后进行不连续超声处理后搅拌；

(6)然后升高温度后进行恒温搅拌，蒸发掉混合物中的IPA；

(7)在混合物体积为原来一半时，进行不连续水浴超声处理；

(8)IPA挥发完全后，将步骤（1）的ITO玻璃基片放在恒温磁力拌器上保温，使得ITO玻璃基片与恒温磁力搅拌器保持相同的温度，然后依次取ITO玻璃基片放入匀胶机中进行甩膜，甩膜完成后再放回恒温磁力搅拌器上保温；

(9)将步骤（8）得到的膜迅速置于恒温烘箱中热处理，得到所述的聚偏氟乙烯/钛酸钡复合膜材料。