[发明专利]一种用于储能的钛酸铋钠/聚偏氟乙烯三层结构复合材料及其制备方法

说明书

本发明一种用于储能的钛酸铋钠/聚偏氟乙烯三层结构复合材料及其制备方法，通过球磨法制备钛酸铋钠颗粒粉体；取聚偏氟乙烯分成三份，分别溶于溶剂中，得到三份聚偏氟乙烯溶液；钛酸铋钠颗粒粉体分成两份，分别加入到两份聚偏氟乙烯溶液中，得到两份钛酸铋钠/聚偏氟乙烯原液；采用多层流延工艺，依次将钛酸铋钠/聚偏氟乙烯原液、聚偏氟乙烯溶液和钛酸铋钠/聚偏氟乙烯原液层叠流延于玻璃基板上。所得复合材料的中间层是纯的聚偏氟乙烯聚合物，上下两层是钛酸铋钠/聚偏氟乙烯复合层，通过向上下两层结构中添加介电陶瓷颗粒，通过极化强度和储能密度，中间层采用纯的聚偏氟乙烯聚合物来获得高的击穿场强。

技术领域

本发明属于储能技术领域，涉及一种三层结构无机介质填充的聚合物基高能量效率介电储能复合材料及其制备方法，具体为一种用于储能的钛酸铋钠/聚偏氟乙烯三层结构复合材料及其制备方法。

背景技术

随着世界能源逐渐短缺，环境永续经营的问题备受重视，新能源技术的发展逐渐成为全球经济成长的新指标。新能源技术发展的核心问题为储能技术，然而，长久以来，储能技术一直没能得到足够的重视，致使储能技术迟迟无法符合新能源技术发展的需求。相比于其他的储能器件，介电电容器在以下方面具有独特的优势：快速的充放电速度、高功率密度等等，然而较低的储能密度限制了其进一步的发展。聚偏氟乙烯(PVDF)基高分子聚合物材料具有较大的击穿场强，且相比于其他的有机聚合物，其分子链中的氢原子与氟原子产生的偶极矩可以提供较大的介电极化，然而其介电常数仍处于一个较低的水平，从而限制了储能密度的提高，一种常用的改进方法是将高极化强度的陶瓷填料加入聚合物基体中来提高复合材料的储能密度，陶瓷填料例如钛酸铋钠(NBT)。但是，由于陶瓷的击穿场强比聚合物的击穿场强小很多，因此这种提高极化强度的方法通常会导致击穿场强的下降以及漏导的升高。因此导致简单结构的陶瓷/聚合物复合材料的储能性能不会有明显的提高，而且会使复合材料的储能效率下降，这将不利于实际的应用。另外，现有的陶瓷/聚合物复合材料通常是采用化学合成的方法来制备，这种化学合成方法通常需要用到有毒的化学药品，且会产生有毒的气体，污染环境及对人类的健康不利，且制备方法复杂，产率较低，不适合大规模实用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于储能的钛酸铋钠/聚偏氟乙烯三层结构复合材料及其制备方法，该方法采用球磨法制备得到钛酸铋钠颗粒，采用多层流延工艺获得了具有三层结构设计的陶瓷/聚合物复合材料，制备方法简单，安全无毒，适合大规模生产；得到的三层结构复合材料的极化强度与击穿场强同时提高，此外，通过这种三层结构来降低复合材料的漏导，使复合材料的储能密度与储能效率同时提高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于储能的钛酸铋钠/聚偏氟乙烯三层结构复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1，通过球磨法制备钛酸铋钠颗粒粉体；

步骤2，取聚偏氟乙烯分成三份，取溶剂分成三份，将各份聚偏氟乙烯分别溶于各份溶剂中，得到三份聚偏氟乙烯溶液；

步骤3，取钛酸铋钠颗粒粉体分成两份，分别加入到两份聚偏氟乙烯溶液中，搅拌，得到两份钛酸铋钠/聚偏氟乙烯原液；

步骤4，采用多层流延工艺，依次将钛酸铋钠/聚偏氟乙烯原液、聚偏氟乙烯溶液和钛酸铋钠/聚偏氟乙烯原液层叠流延于玻璃基板上，干燥，得到钛酸铋钠/聚偏氟乙烯三层结构复合材料。

优选的，步骤1中钛酸铋钠颗粒粉体的具体制备过程包括：步骤1.1，以碳酸纳、氧化铋和二氧化钛为原料；将氧化锆球、原料和水一起球磨；将球磨后的混和浆料干燥后研磨过筛，放入马弗炉中预烧，即得到钛酸铋钠颗粒粉体；其中，氧化锆球、原料和水的质量比为(2～5):1:1，干燥温度为70～150℃，预烧温度为700～900℃，预烧保温时间为3～7h。