[发明专利]聚合物基电介质材料及薄膜电容器

说明书

本发明提供了一种聚合物基电介质材料，其包括聚合物基体及均匀填充在该聚合物基体中的电介质填料；其中，电介质填料是一种化学式为X_mY_n‑iZ_i的无机化合物，其是由具有稳定晶体结构的化学式为X_mY_n的无机化合物通过等化合价、异电负性取代形成等电子陷阱结构而获得的；其中，m与n的比值表示元素Y和元素X的化合价的最简比。根据本发明的聚合物基电介质材料中的电介质填料具有等电子缺陷，从而使该聚合物基电介质材料具有更高的电场击穿强度和储能密度、以及更低的介电损耗。本发明还公开了以上述聚合物基电介质材料作为电介质层材料的薄膜电容器。

技术领域

本发明属于复合电介质材料技术领域，具体来讲，涉及一种聚合物基电介质材料、以及以该聚合物基电介质材料作为电介质层材料的薄膜电容器。

背景技术

随着经济的快速发展，人类对能源的需求越来越大，对能源的存储和释放方式的要求也越加苛刻；因此，相关储能技术受到了广泛关注和应用。相比于其他电子储能器件，薄膜电容器具有充放电速率快和功率密度高等特点，但是其储能密度却很不理想。高介电、高击穿强度的聚合物基复合薄膜介电材料综合了无机填料和聚合物的优点，具有较高的储能密度、柔性、加工简单、成本低廉、利于大规模生产等特性，引起广泛关注和研究；然而，含有填料的聚合物基复合薄膜介电材料的介击穿强度难以提升，这极大地限制了聚合物基复合薄膜介电材料的应用。

以高耐压的聚合物薄膜材料作为介质的薄膜电容器在电子电气领域具有十分重要的应用，尤其在电动汽车、武器(电磁弹射等)等方面，更加需要耐高压和高储能密度的储能设备。因此，有效提升聚合物基复合薄膜介电材料的耐高压能力和储能密度，对国家安全以及民生建设都有极其重要的意义。

为了能够使得聚合物基复合薄膜介电材料的击穿强度提升，人们做出了许多探索，如BT/PVDF复合材料、三明治结构聚合物复合介电材料等，其对介电性能有了一定程度的改善。然而BT/PVDF复合材料虽然介电常数有所提高但对击穿强度的提升有限，甚至使得复合物击穿强度下降，三明治结构聚合物复合介电材料虽然对介电击穿和介电常数都有所提升，但其工艺复杂成本高难以实现规模生产。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种聚合物基电介质材料、以及以该聚合物基电介质材料作为电介质层材料的薄膜电容器，该聚合物基电介质材料中的电介质填料具有等电子缺陷，从而使该聚合物基电介质材料具有更高的电场击穿强度和储能密度、以及更低的介电损耗。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种聚合物基电介质材料，包括聚合物基体及均匀填充在所述聚合物基体中的电介质填料；其中，所述电介质填料是一种化学式为X_mY_n-iZ_i的无机化合物；所述电介质填料是由具有稳定晶体结构的化学式为X_mY_n的无机化合物通过等化合价、异电负性取代形成等电子陷阱结构而获得的；其中，m与n的比值表示元素Y和元素X的化合价的最简比。

进一步地，在化学式X_mY_n-iZ_i中，Z元素与Y元素为同族且电负性不同的两种元素，或Z元素与Y元素为不同族且化合价相同、电负性不同的两种元素。

进一步地，所述Z元素与所述Y元素均为主族元素。

进一步地，所述Z元素与所述Y元素均选自N、P、As、O、S、Se、Te中的任意一种。

进一步地，i与n-i的比值大于1:99且小于等于49:51。