[发明专利]一种基于石墨烯复合膜的薄膜电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜电容器领域，更具体地，涉及一种石墨烯复合薄膜电容器的生产技术。

背景技术

现有的薄膜电容器是利用金属化复合膜薄膜制作电容器，即，通过真空镀膜机使铝、锌或其它金属的加热熔化，真空蒸发条件下来完成对基材薄膜的表层金属化，形成电容器的电极层。传统的薄膜电容器的基材一般为聚丙烯和聚酯薄膜，基材的厚度薄；为了获得较大的电容，需要将材料卷制到足够长，获得的薄膜电容器可以用于交直电路。薄膜电容器及其制备方法的缺点是金属镀层结构不致密、杂质含量大，镀层的金属膜层在大气下极其容易氧化，导致金属膜层质量和成品率降低。上述诸多缺点对电容器使用寿命影响巨大，在金属化加工中容易对基材薄膜造成很大的损伤，降低介电强度(基材厚度可减少1/4～1/5，严重影响其介电强度)。更严重的是，金属化复合膜电容器在工作运行中容易受到环境温度和湿度等因素的影响，导致工作运行可靠性大大降低。在电场作用下易发生电化学反应和空气电离，因而存在一定安全隐患。

石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构，作为一种新型材料其应用仍在不断探索中。微型石墨烯超级电容器就因其超级电容的效果受到世界瞩目，但这种微型石墨烯超级电容器与薄膜电容器的结构上存在较大差异，超级电容器是基于电化学原理的超级电容器，一般需要配合电解液使用，超级电容器在分离的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集，其电容量越大；由于超级电容器内电阻大，往往不可以用于交流电路。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于石墨烯复合膜的薄膜电容器的制备方法，其中通过对其关键电极层的材料、制备工艺参数等进行改进，与现有技术相比，本发明涉及的方法能够有效解决金属化复合膜电容器金属镀层结构不致密、杂质含量大的问题，并且加工工艺对基材的损伤降低，按照本发明方法制备的薄膜电容器的性质稳定、使用寿命长。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于石墨烯复合膜的薄膜电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在70℃～110℃的温度下，将浓度为0.1mg/ml～100mg/ml的氧化石墨烯水溶液涂覆在绝缘薄膜上，形成厚度不小于的涂覆层；涂覆速度为3m/s～30m/s；

(2)将步骤(1)得到的具有涂覆层的绝缘薄膜展平；接着，将该具有涂覆层的绝缘薄膜置于温度为30℃～120℃的烘箱内烘干固化；所述烘干的时间为5分钟～60分钟；

(3)将步骤(2)得到的薄膜在保持展平的状态下，用质量浓度为1％～50％的氢碘酸溶液还原；所述的还原时间为5分钟～90分钟；然后，将所述薄膜在温度为30℃～120℃的烘箱内烘干，得到石墨烯/绝缘薄膜的复合薄膜；

(4)将步骤(3)得到的石墨烯/绝缘薄膜的复合薄膜预留屏带，然后切割、卷绕，最终形成薄膜电容器。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中所述涂覆时覆膜压力为1bar～10bar。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中的涂覆层的厚度为

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中的绝缘薄膜为聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯薄膜中的任意一种，绝缘薄膜的厚度为4微米～12微米。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中将具有涂覆层的绝缘薄膜展平是通过将具有涂覆层的绝缘薄膜传送入薄膜张力调平装置进行的。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中的烘箱为鼓风烘箱。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中在温度为120℃的烘箱内的烘干时间不超过15分钟。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中用质量浓度为50％的氢碘酸溶液还原的时间不超过10分钟。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明得到的基于石墨烯复合膜的薄膜电容器，采用石墨烯代替了传统薄膜电容的金属(如铝、锌等)，由于石墨烯自身电阻率低、可弯曲的性质，得到的薄膜电容器能量密度、功率密度大。并且，石墨烯材料的强度大、韧性好，其覆膜合成技术简单；由于采用溶液的涂覆工艺，减小了制备过程对基材薄膜(即绝缘薄膜)的损伤，保证了绝缘薄膜的介电强度，有效的提高了抗电强度以及电容器的使用寿命，为薄膜电容器的性能提供了有利保障。