[发明专利]一种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含有偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物P(VDF‑co‑HFP)和无机物AlOOH，其中，以体积百分比计，两者的配比为(100‑x)％P(VDF‑co‑HFP)–x％AlOOH，0x≤10。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，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

电介质电容器是主要的无源储能器件，具有快速的充放电速度和超高的功率密度，广泛应用于电子电路中，可以实现隔直通交、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换等功能。然而其较低的储能密度成为其进一步发展和应用的瓶颈。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。因此，探索具有高储能密度的电介质材料一直是本领域的研究热点。

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。

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

本发明提供一种铁电聚合物基电介质薄膜，所述电介质薄膜含有偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物P(VDF-co-HFP)和无机物AlOOH，其中，以体积百分比计，两者的配比为(100-x)％P(VDF-co-HFP)–x％AlOOH，0x≤10。

根据本发明的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。

根据本发明的铁电聚合物基电介质薄膜，所述无机物AlOOH的形貌为二维层状。

本发明还提供一种根据本发明的铁电聚合物基电介质薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)、通过将包含Al盐的碱性溶液进行水热反应，得到无机物AlOOH；

步骤2)、将所述无机物AlOOH与所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物P(VDF-co-HFP)按配比在有机溶剂中混合，得到静电纺丝液；

步骤3)、将所述静电纺丝液进行高压静电纺丝，得到无纺布状纺丝体；

步骤4)、将所述无纺布状纺丝体进行热压，自然冷却至室温后进行冷淬，得到铁电聚合物基电介质薄膜。

根据本发明的铁电聚合物基电介质薄膜的制备方法，所述步骤1)中的碱性溶液的pH＞8。