[发明专利]一种叠层结构铁电聚合物基电介质薄膜、及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种叠层结构铁电聚合物基电介质薄膜、及其制备方法和用途。所述薄膜具有至少一个第一电介质层和与所述第一电介质层交替层叠的第二电介质层，所述第一电介质层含有偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物P(VDF‑co‑HFP)和片层状Al₂O₃，其中，以体积百分比计，两者的配比为(100‑x)％P(VDF‑co‑HFP)–x％Al₂O₃，0<x≤7，所述第二电介质层含有铁电聚合物。本发明的叠层结构铁电聚合物基电介质薄膜具有高击穿场强、高储能密度以及高储能效率，且无铅环保、具有优异的储能性能，适用于高密度储能领域。

技术领域

本发明涉及一种叠层结构铁电聚合物基电介质薄膜、及其制备方法和用途，属于电介质材料领域。

背景技术

与超级电容器和锂电池等以电化学为基础的储能器件相比，以介电电容器为基础的储能器件，具有更高功率密度、更低损耗以及更高工作电压等优点。因此，介电电容器不仅仅是重要的基础电子元件，同时也广泛应用于电子电力系统、能源系统等方面基本的储能器件。

目前商业化的聚合物基电介质材料比如BOPP的储能密度仅～2J/cm³，与电化学电容器或电池相比低了一至两个数量级。聚合物较低的储能密度成为其进一步发展和应用的瓶颈。陶瓷类电介质具有大的介电常数和较高的击穿场强，但是与聚合物薄膜电介质相比，其击穿场强仍不够高，并且体积大、非柔性，使得陶瓷类电介质在一些应用领域受到限制，而聚合物基电介质薄膜则具有柔性、体积小等特点，可以适应未来器件小型化、集成化等要求。

在传统的高介电陶瓷材料和单一的聚合物薄膜材料发展高功率大容量电容器均存在若干弊端的情况下，人们把目光转向了以聚合物为基体，以无机物为填料的聚合物纳米复合电介质材料。因此，探索具有高储能密度的复合电介质是本领域的研究热点。

目前在聚合物基电介质薄膜中已经实现了大于商用BOPP薄膜的2J/cm³的储能密度。其中具有代表性的材料如：Z.C.Zhang等人利用溶液法制备的P(VDF-co-CTFE)薄膜，该材料在400MV/m场强下的储能密度约7～10J/cm³，M.R.Gadinski以及B.Chu等人分别通过单轴拉伸法将此类薄膜的击穿场强提高至600～700MV/m，同时储能密度提高至20J/cm³左右。但是这些材料在制备过程中采用的溶液法不适合应用在大规模生产中。因此，开发具有高击穿场强、高储能密度和便于生产的聚合物基电介质薄膜电介质材料成为本领域当前的急迫任务。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的是提供一种叠层结构铁电聚合物基电介质薄膜、及其制备方法和用途。本发明的铁电聚合物基电介质薄膜具有高击穿场强、高储能密度以及高储能效率，制备方法简单可行，便于生产。

用于解决问题的方案

本发明提供一种叠层结构铁电聚合物基电介质薄膜，其特征在于，所述薄膜具有至少一个第一电介质层和与所述第一电介质层交替层叠的第二电介质层，所述第一电介质层含有偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物P(VDF-co-HFP)和片层状Al₂O₃，其中，以体积百分比计，两者的配比为(100-x)％P(VDF-co-HFP)–x％Al₂O₃，0<x≤7，所述第二电介质层含有铁电聚合物，优选含有偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物P(VDF-co-HFP)。

根据本发明的叠层结构铁电聚合物基电介质薄膜，所述薄膜的厚度为5～30μm，优选为6～20μm。

根据本发明的叠层结构铁电聚合物基电介质薄膜，所述第一电介质层中，x为1～7，优选为3～7。