[发明专利]一种具有超高储能密度的聚合物薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有超高储能密度的聚合物薄膜及其制备方法，通过先将PDVF溶解于DMF溶液中制得PVDF胶体，之后对PVDF胶体进行脱气泡处理后涂覆于基片上形成PVDF湿膜，待所述PVDF湿膜变干后制得PVDF干膜，最后将PVDF干膜依次进行热处理、冷却、清水中浸泡，脱落后烘干，制得所述具有超高储能密度的聚合物薄膜，由α相和γ相组成，PVDF薄膜内无明显的孔洞和裂纹等缺陷，且PVDF薄膜表面平整，厚度均一，厚度约为5‑15μm。所述的具有超高储能密度的聚合物薄膜，击穿场强和储能密度有大幅度的提升，击穿场强大于6000kV/cm，储能密度约为31J/cm³。

技术领域

本发明属于电介质电容器材料技术领域，具体涉及一种具有超高储能密度的聚合物薄膜及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步，脉冲功率技术已广泛应用于科学实验、混合动力电动汽车、能源动力系统和心脏除颤器等多个领域。脉冲功率技术需要电容器提供瞬时大功率密度的能量和高电压，这对电容器的性能提出了新的挑战。电介质电容器与充电电路断开时可以释放电能，它可以像再充电能储存装置一样使用。与锂离子电池和燃料电池相比，电介质电容器具有较高功率密度和快速充电/放电的典型特征，同时还具有大开路电压和长循环寿命的优点，这使得电介质电容器被应用于脉冲功率技术设备。目前商业用的电介质电容器主要以双向拉伸聚丙烯(BOPP)储能材料为主，由于BOPP材料的介电常数小、能量密度低(2J/cm³)，实际应用中通常需要建立电容器组来实现高储能密度，从而使存储系统变得笨重。随着电子工业的快速发展和集成电路的小型化，对电介质电容器的高性能化、微型化、集成化和平面化的应用需求增加，BOPP储能材料已无法满足新的市场需求，因此急需研发新型储能材料。

聚偏氟乙烯(PVDF)作为典型的铁电聚合物，具有较高的介电常数、优异的耐击穿特性和较低的介电损耗成为高储能密度薄膜电介质材料的理想选择，近年来得到了广泛的研究。然而薄膜制备过程中易引入微观空隙、裂缝以及气孔等缺陷，造成局部击穿，使得PVDF膜的击穿场强与理论值相差较大。同时，制备工艺对PVDF薄膜的晶相结构影响较大，晶相结构决定着PVDF物理性能，因此在不同的工艺参数下制备的PVDF薄膜的储能特性相差较大。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有超高储能密度的聚合物薄膜及其制备方法。本发明所述聚合物薄膜，由α相和γ相组成，PVDF薄膜内无明显的孔洞和裂纹等缺陷，且PVDF薄膜表面平整，厚度均一，厚度约为5μm。所述的具有超高储能密度的聚合物薄膜，击穿场强和储能密度有大幅度的提升，击穿场强大于6000kV/cm，储能密度约为31J/cm³。

本发明所采用的技术方案为：

一种具有超高储能密度的聚合物薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)取PVDF粉末进行干燥，得到干燥后的PVDF粉末；

(2)将所述干燥后的PVDF粉末在搅拌条件下缓慢加入DMF溶液中，室温下先进行剧烈搅拌至PDVF粉末完全溶解，再继续搅拌一段时间，制得PVDF胶体；

(3)将步骤(2)制得的PVDF胶体置于真空干燥箱中，静置脱气泡；

(4)取基片，将步骤(3)脱气泡处理后的PVDF胶体涂覆在基片上，形成PVDF湿膜；

(5)待所述PVDF湿膜变干后，置于真空干燥箱中，直至溶剂完全挥发，得到PVDF干膜；

(6)将所述PVDF干膜置于真空干燥箱中进行热处理后，空气中冷却，之后将带有PVDF干膜的基片放入清水中浸泡一段时间，直至PVDF膜从基片上脱落，烘干，得到PVDF膜。

步骤(1)中，进行干燥的温度为40-60℃，进行干燥的时间为2-6h。