[发明专利]一种氟化导电粒子/PVDF基复合介电薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种新型氟化导电粒子/PVDF基复合介电薄膜的制备方法，该复合介电薄膜以PVDF与氟化导电粒子混合流延成膜，其中氟化导电粒子的质量百分比为0.1％‑2.0％，PVDF的质量百分比为98.0％‑99.9％。该复合介电薄膜是具有较高介电常数且较低介电损耗的高储能新型介电薄膜材料。通过调节氟化导电粒子添加的比例，复合介电薄膜的介电常数可以达到35以上，同时介电损耗依然保持在0.06以下，储能密度为4‑6J/cm³。

技术领域

本发明属于介电储能复合材料制备技术领域，涉及采用氟化导电粒子作为填料的聚合物基复合介电薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，随着柔性、轻量化电子设备的需求不断增加，开发具有高介电常数、高击穿强度及低介电损耗的聚合物基介电薄膜材料已刻不容缓。电容器薄膜作为一种非常重要的储能材料，具有存储电荷、快速充放电、可循环使用等特点，被应用于人工肌肉、混合动力汽车、脉冲电磁炮及供能设备等高负荷工作环境中。而高新技术的发展和应用对提高介电材料的储能特性也提出了更高的要求。

薄膜电容器的储能性能主要由电介质薄膜层所决定，而介电常数、击穿强度及介电损耗是衡量储能薄膜性能的重要指标。目前，被广泛应用的电介质薄膜是双向拉伸聚丙烯（BOPP），其具有超高的击穿强度（约为700 MV/m），但介电常数很低（约为2）制约了其综合性能，使其储能密度仅为1-2 J/cm³。为改善电介质薄膜的性能，把常规的导电粒子加入聚合物中制备复合介电薄膜，由于在渗流阈附近介电损耗会大大提高且介电材料会突变为导电材料，同时，导电粒子与聚合物基体之间的相互作用很弱，从而无法兼顾高介电常数与高击穿强度和低介电损耗。因此，如何同时提高介电薄膜的介电常数和击穿强度，降低介电损耗来提高综合储能性能是目前急需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是通过溶液流延法制备一种氟化导电粒子/PVDF基复合介电薄膜，该方法综合考虑了复合薄膜的介电常数、击穿强度和介电损耗，从而得到综合性能优异的储能材料。

本发明的技术方案是：本发明提供了一种氟化导电粒子/PVDF基复合介电薄膜的制备，所述的PVDF基体的质量百分比为98.0%-99.9%，所述的氟化导电粒子的质量百分比为0.1%-2%，所述的氟化导电粒子填料包括氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳纳米管、氟化炭黑中的一种。所述的氟化导电粒子为市售商品，其片径为0.5-10 μm，含氟量为35%-65%。

本发明提供了制备上述复合介电薄膜的方法，具体包括如下步骤：

（1）将PVDF和氟化导电粒子分别溶于一定比例的N, N-二甲基甲酰胺（DMF）中，在35-50℃下磁力搅拌20-50 min，分别超声分散10-30 min，形成均一稳定溶液A和B；

（2）把步骤（1）所得到的溶液A和B混合，在35-50℃下磁力搅拌20-50 min，超声分散10-30 min，得到均一稳定溶液C；

（3）把溶液C浇注到超平培养皿上制备复合介电薄膜，将该复合薄膜置于80-100℃下干燥3-5 h，蒸发掉有机溶剂，得到复合薄膜D；

（4）为了获得优质的复合薄膜，必须进一步除去复合薄膜D中的缺陷（如气孔，表面平整度及杂质等），将复合薄膜D置于一定温度下真空干燥若干小时，随后退火到室温。

根据上述制备方法，在所述的氟化导电粒子质量比例范围内，调节其质量比例和退火温度及时间，即可获得不同储能密度的复合介电薄膜。