[发明专利]一种提高聚合物击穿强度和储能密度的方法

说明书

本发明涉及储能材料的技术领域，具体涉及一种提高聚合物击穿强度和储能密度的方法。本发明提供一种提高聚合物击穿强度和储能密度的方法，所述方法为：在聚合物中加入羟基化六方氮化硼，其中，聚合物与羟基化六方氮化硼的质量比为：聚合物100重量份，羟基化六方氮化硼2～14重量份。本发明提供的BNNSs改性产物在聚合物中具有较好的分散效果，大大减弱了BNNSs在聚合物中团聚的趋势，对复合物电容器击穿强度和储能密度的提升非常有利。

技术领域

本发明涉及储能材料的技术领域，具体涉及一种提高聚合物击穿强度和储能密度的方法。

背景技术

由于具有超高的充-放电速率，介电电容器在储能领域极具吸引力。与传统的陶瓷电容器相比，聚合物介电材料具有易加工、质量轻、成本低和柔韧性好的优点。但是相对较低的能量密度使其在作为集成化、轻质化、微型化的现代电子器件中的应用受到极大限制。比如说，最先进的商用薄膜电容器，双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)，其储能密度就只有2.2J·cm^-3.故新一代的高能量密度电容器获得越来越多的关注。

理论上，介电材料的储能密度依赖于介电常数和击穿强度，公式为：

其中,ε₀,ε_r和E_b分别表示真空介电常数(＝8.85×10^-12F/m),相对介电常数和击穿强度。由于储能密度与介电常数以及击穿强度的平方成正比，故二者的提升对于储能密度的提升都是有效的。

由于聚合物相对较高的击穿强度，所以通常通过提升介电常数提升材料的储能密度。故，具有高介电常数的铁电陶瓷纳米粒子常作为填料与聚合物仪器形成介电复合物；但是由于铁电陶瓷纳米粒子本身极低的击穿强度以及填料和聚合物介电常数的极大差异所导致的电场集中，介电常数的提升通常伴随着击穿强度的下降；介电常数提升对储能密度的改善作用被削弱，导致储能密度提升幅度较小。

而击穿强度的提升对储能密度的提升则更高效。Li等通过对聚偏氟乙烯(PVDF)共聚物基复合物击穿强度的提升，使其储能密度提升了约两倍(Q.Li,G.Zhang,F.Liu,K.Han,M.R.Gadinski,C.Xiong and Q.Wang,Solution-processed ferroelectric terpolymernanocomposites with high breakdown strength and energy density utilizingboron nitride nanosheets，Energy Environ.Sci.,2015,8,922-931.)。因此，提升储能密度的新思路就是大幅度提升复合物的击穿强度。通常来说，具有高击穿强度和低介电常数的二维蒙脱土、六方氮化硼纳米片(BNNSs)、高岭土，常被运用于改善聚合物基体的击穿强度。尤其是BNNSs作为绝缘材料能隙较大(6eV)，理论击穿强度也高达800kV/mm；这种性能使得BNNSs成为了高储能密度电容器的理想填料。比如说，Liu等利用BNNSs作为电荷-阻塞壁垒，同时提升复合物的击穿强度(473kV/mm)和储能密度(3.5J·cm^-3)(F.Liu,Q.Li,Z.Li,Y.Liu,L.Dong,C.Xiong and Q.Wang,Poly(methyl methacrylate)/boron nitridenanocomposites with enhanced energy density as high temperature dielectrics，Composites Science and Technology,2017,142,139-144.)。