[发明专利]一种聚酰亚胺电介质薄膜及其制备方法与应用

说明书

一种聚酰亚胺电介质薄膜，由含有极性基团和/或柔性键接结构二胺单体和含有极性基团和/或柔性键接结构二酐单体经过缩合聚合，并经过后续热酰亚胺化处理得到，制备方法如下：在惰性气体保护下，将二胺单体溶解于有机溶剂中后，加入二酐单体，搅拌得到均相溶液，并在一定温度下继续反应4～10小时，得到聚酰胺酸(PAA)溶液。将聚酰胺酸溶液涂覆于基底上，经过升温、烘干处理后，浸入去离子水中剥离，然后再次烘干处理，得到聚酰亚胺电介质薄膜。本发明聚酰亚胺电介质薄膜可耐受230℃高温。本发明聚酰亚胺电介质薄膜用于金属化薄膜电容器。

技术领域

本发明涉及膜电容器技术领域，具体的涉及一种膜电容器用耐高温聚酰亚胺电介质薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

聚合物薄膜电容器广泛应用于微电子装置和电力系统，包括电动汽车和混合电动汽车中的电力电子，电网逆变器/转换器，脉冲电源设备等领域。以电动汽车或混合动气汽车为例，由于下一代功率电子对大量能量快速充放电的需求，能量存储和功率调节变得越来越必要，要求聚合物电介质薄膜具有高击穿强度，高介电常数和低介电损耗等性质。现有薄膜电容器中聚丙烯电介质的性能已经不能满足温度要求，例如，聚丙烯耐温性差，收缩率大，长时使用温度105℃左右，而电动汽车的应用环境温度为115℃以上，因此随着工作时间的加长，聚丙烯电容器内部温度升高，导致其稳定性急剧下降甚至失效。因此，考虑玻璃化温度(T_g)150℃的高性能聚合物作为苛刻环境的电介质薄膜材料。

专利CN201180045116.1公开了一种基于偏二氟乙烯系树脂的膜电容器用膜，不过该树脂的介电损耗较高，并且制备过程较为繁琐，并设计高压操作，能量损耗高。专利CN102930982 A披露了基于嵌段聚苯乙烯的电容器薄膜，然而，该薄膜介电常数较低(1.7～3.3)，不利于薄膜电容器储能密度的提高。Ma等人设计含有不同基团如-NH-，-C(＝O)-和-O-等的聚酰亚胺分子结构。最高介电常数可达7.8，能量密度～15J/cm³，但是它们的T_g很低，难以在150℃下长期使用(Rui Ma,Aaron F.Baldwin,Chenchen Wang,Ido Offenbach,Mukerrem Cakmak,Rampi Ramprasad,and Gregory Allen Sotzing.Rationally DesignedPolyimides for High Energy Density Capacitor Applications.ACS AppliedMaterials and Interfaces,2014,6(13):10445-10451)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种膜电容器用耐高温聚酰亚胺电介质薄膜，以及上述电介质薄膜的制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种聚酰亚胺电介质薄膜，所述薄膜的分子结构由二酐单体单元和二胺单体单元组成，其中，二酐单体单元中含有极性基团和/或柔性键接结构，二胺单体单元中含有极性基团和/或柔性键接结构。所述聚酰亚胺电介质薄膜的具有下述式I所示的结构通式：

式I其中，Ar₁选自式II或式III中的任意一种：

其中，B1选自—、-O-、中的任意一种；

其中，B₂选自-O-、中的任意一种，B₃选自-O-、中的任意一种，B₂、B₃相同或者不相同；

Ar₂选自式IV、式V或式VI中的任意一种：