[发明专利]一种基于温度调控的高储能柔性复合膜及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种基于温度调控的高储能柔性复合膜及其制备方法，该柔性复合膜以聚偏氟乙烯为基体，把一定量的氧化石墨烯均匀分散到聚偏氟乙烯基体内，通过控制复合温度来调控氧化石墨烯的还原程度，从而控制复合膜中导电粒子的含量，通过测量电滞回线得到与之一一对应的储能密度。由于只需要改变温度，不需要改变氧化石墨烯的量，与传统的增加导电粒子的方法相比，该方法避免了还原氧化石墨烯的聚集，有效地改善了还原氧化石墨烯在聚偏氟乙烯基体中的分散效果，降低了介电损耗，增大了储能密度。另外，本发明工艺简单易行，成本低廉，膜柔软轻薄，易于实现微型电容器的贴片化功能，可广泛用于柔性材料能量储存等领域。

技术领域

本发明涉及一种基于温度调控的高储能柔性复合膜及其制备方法，可用于能源存储技术领域。

背景技术

随着生活质量的提升，人们到处都需要使用电能，所以发展便携式柔性储能系统是非常必要的。然而，日常使用的电池难以克服功率密度小的缺点，即不能快速的充放电。超级电容器虽然有较高的功率密度，但是受限于电解质的化学稳定性和电化学稳定性，工作电压一般不超过3.0V，工作温度也较低，难以在高电压、高温等特殊环境下应用。介质电容器具有极高的功率密度，制备工艺简单，且能承受高电压，然而储能密度较小，不适合广泛应用。因此目前需要开发高储能密度的电介质材料。

高介电聚合物基复合材料发展很迅速，特别是铁电陶瓷/聚合物复合材料。这种复合材料结合了铁电陶瓷的高介电常数和聚合物的易加工、韧性好的特性，得到了广泛的应用。然而过多陶瓷材料的加入，会失去聚合物材料良好的柔韧性，复合材料内部结构变复杂，缺陷也会随之增加，从而导致聚合物基复合材料整体的介电性能及储能性能受损。

除了添加陶瓷填料外，聚合物基复合材料还常添加导电材料。导电材料的加入会使复合材料内部产生渗流效应，从宏观上来看，即为复合材料的介电常数会在某一掺杂浓度下发生突变，此时导电填料的浓度称为渗流阈值。当添加量无限接近某一临界值时(即渗流阈值)，复合材料的介电常数会陡增。发生这一现象的原因是因为在渗流阈值处，较多的导电颗粒会把电介质包裹，从而形成很多个微电容，构成了超电容网络，这使得聚合物基复合材料储存电荷的能力大幅度增加，所以介电常数会大增。但同时，因为在渗流阈值附近，复合材料的导电性也会增加，所以复合材料的介电常数大增的同时，其介电损耗也激增。所以，如何在增加介电常数的同时，降低介电损耗是导电颗粒/聚合物基复合材料的关键，目前对导电颗粒进行绝缘包裹是解决上述问题的有效措施。

氧化石墨烯(GO)是石墨烯(GR)的一种衍生物，与GR相比，GO在聚合物基体中有更好的分散性和相容性。但GO具有绝缘的特质，只有对GO进行还原处理后才能提高其导电性。正是因为对GO还原处理后得到的还原氧化石墨烯(rGO)的导电性不如原始的石墨烯，所以，如何实现通过温度来控制复合膜中导电颗粒的含量，达到降低介电损耗，增大储能密度就成为了当前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于温度调控的高储能柔性复合膜及其制备方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种基于温度调控的高储能柔性复合膜，以聚偏氟乙烯为基体，把一定量的氧化石墨烯均匀分散到PVDF基体内，通过控制复合温度来调控氧化石墨烯的还原程度，从而控制复合膜中导电颗粒的含量，达到降低介电损耗，增大储能密度的目的。

优选地，所述聚偏氟乙烯与氧化石墨烯的体积百分比为0.5％～2.0％。

优选地，所述柔性复合膜是利用溶液共混和流延制得，溶液共混时的温度和流延后处理时的温度都是50℃～80℃。

优选地，所述柔性复合膜的电极是银电极。银电极是采用丝网印刷技术刷的银浆，然后再将刷有银浆的膜放在50℃～80℃的水平台上处理15～30分钟。

本发明还揭示了一种基于温度调控的高储能柔性复合膜的制备方法，

该方法包括如下步骤：