[发明专利]一种高储能密度复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高聚物复合材料技术领域，尤其是涉及一种高储能密度复合材料及其制备方法。所述高储能密度复合材料主要由核壳结构的钛酸盐粒子与高聚物混合得到；其中，所述核壳结构的钛酸盐粒子是在钛酸盐粒子表面包覆二氧化硅层得到的。本发明以二氧化硅作为绝缘层包覆在超细钛酸钡粒子的表面形成核壳结构的钛酸盐，可以有效的削弱局部电场集中和电荷聚集，并阻止漏电流通道的形成降低介电损耗并整体提高材料的耐电压性能，并且所述钛酸盐的均匀分散和二氧化硅层所带来的高界面兼容性可以提高薄膜的击穿；与高聚物复合，在较低填充量即可得到优异储能性能的复合材料。

技术领域

本发明涉及高聚物复合材料技术领域，尤其是涉及一种高储能密度复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电子工业的快速发展，具有高能量密度的介电电容器由于其快速的充放电性能，较长的循环寿命，耐压性好，功率密度高等优点在脉冲功率系统中扮演着重要的角色。但是现有的低能量密度材料限制了其小型化和进一步的应用。目前制备高能量密度材料的主要方法是将具有高介电常数的陶瓷粒子引入高击穿强度的高聚物中，以结合两者的优点来获得高能量密度的复合材料。高聚物一般具有有良好击穿，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，易制成大面积和不规则形状的压电铁电薄膜，是一种性能优良的压电有机材料。

由于高聚物与陶瓷粒子两相不同的物理化学性能，不可避免的会造成介电不匹配，微观不均匀等。尤其是传统的复合材料选用的陶瓷颗粒较大，当填充量较大时，会造成薄膜脆性较大，不适合实际应用。并且现有技术中，超细陶瓷粉体的界面与表面效应使其在空气和液体介质中容易发生团聚，限制了其应用。因而，急需开发一种适合实际应用的具有高能量密度的复合材料。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种高储能密度复合材料，以二氧化硅作为绝缘层包覆在超细钛酸盐粒子的表面，抑制材料的介电损耗，并且提高得到的核壳包覆结构的耐电压性能，将得到的核壳结构引入高聚物能够得到改性的高储能密度复合薄膜，提高复合材料的击穿与极化，使所述复合材料具有优异的储能性能和高储能密度。

本发明的第二目的在于提供一种高储能密度复合材料的制备方法，所述制备方法操作简单、成本低，制备得到的复合材料的储能性能优异，具有广泛的应用前景。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种高储能密度复合材料，主要由核壳结构的钛酸盐粒子与高聚物混合得到；

其中，所述核壳结构的钛酸盐粒子是在钛酸盐粒子表面包覆二氧化硅层得到的。

现有技术中，由于高聚物与陶瓷粒子两相之间不同的物理化学性能，会导致二者混合造成的介电不匹配以及微观不均匀等，并且超细陶瓷粉体的界面与表面效应使其在空气和液体介质中容易发生团聚，以及制备得到的复合材料的薄膜脆性较大，不适合实际应用。

本发明以二氧化硅作为绝缘层包覆在超细钛酸钡粒子的表面形成核壳结构的钛酸盐，二氧化硅具有高击穿强度和超低介电损耗(约0.0002)，其较低介电常数起到了缓冲的作用，介电常数的连续变化可以有效的削弱局部电场集中和电荷聚集，并且二氧化硅层作为绝缘层包覆在钛酸盐的表面可以阻止漏电流通道的形成降低介电损耗并整体提高材料的耐电压性能，并且所述钛酸盐的均匀分散和二氧化硅层所带来的高界面兼容性可以提高薄膜的击穿；将制备得到的核壳结构的钛酸盐引入高聚物中，使所述复合材料在较低填充量的条件下，即具有优异的储能性能和高储能密度，能够得到改性的高储能密度复合材料，为获得高能量密度的电容器提供了一种简单、普遍有效的技术。

并且，采用本发明所述的核壳结构的钛酸盐与高聚物之间的界面兼容性好，可以消除气孔和裂纹等缺陷，提高微观结构的均匀性，并且本发明的核壳结构的钛酸盐具有优异的均匀分散性，无填充粒子聚集的均匀界面分布很大程度上抑制自由电荷的运动路径从而增强击穿，从而提高储能性能。