[发明专利]一种具有双梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种具有双梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质及其制备方法与应用，属于储能电介质技术领域。为解决填料掺杂量过高导致复合介质击穿性能下降的问题，本发明提供了一种具有双梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质，由含有BNNS的填料层与含有BZCT@SiO₂ NFs的填料层逐层交替纺丝并经热压和淬火工艺获得，其中两种填料在介质中的含量分别呈梯度分布和反向梯度分布。本发明实现了更高体积分数的高介电常数填料在不影响击穿强度的情况下，增强了复合介质的能量密度，同时使复合介质保持了极高的储能效率，最高储能密度为9.1J/cm³，最高储能效率为94.6％，可用于制造优良储能特性的电介质储能器件。

技术领域

本发明属于储能电介质技术领域，尤其涉及一种具有双梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质及其制备方法与应用。

背景技术

电介质电容器由于具有高功率密度的独特优势，被广泛应用到高功率脉冲电源、混合动力汽车、电磁武器等快速充放电领域。然而，目前的储能电介质材料由于储能密度较低，仍然无法满足当代社会的需求。如已被用作商业储能电介质材料的双向拉伸聚丙烯，储能密度仅为～2J/cm³。聚醚酰亚胺(PEI)具有优良的电绝缘性能、机械性能和耐高低温性能，是一种良好的储能电介质材料。然而，由于其较低的介电常数使其储能密度较低，限制了它的应用。为提高聚合物的储能特性，掺杂具有高介电常数的填料是普遍手段，然而当填料掺杂含量过高时会使聚合物的击穿性能严重下降。

发明内容

为解决高介电常数填料掺杂量过高会使聚合物击穿性能严重下降的问题，本发明提供了一种具有双梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质及其制备方法与应用。

本发明的技术方案：

一种具有双梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质，以聚醚酰亚胺为基体，由含有BNNS(氮化硼纳米片)的填料层与含有BZCT@SiO₂ NFs(二氧化硅包裹的锆钛酸钡钙纳米纤维)的填料层逐层交替纺丝并经热压和淬火工艺获得，其中各层BNNS填料层中BNNS的体积分数呈先降低后升高的梯度变化，各层BZCT@SiO₂ NFs填料层中BZCT@SiO₂ NFs的体积分数呈先升高后降低的梯度变化。

进一步的，所述复合介质由6层含有BNNS的填料层和5层含有BZCT@SiO₂ NFs的填料层逐层交替组成，其中各填料层中填料及其体积含量依次为：

1.5vol.％BNNS、0.5vol.％BZCT@SiO₂ NFs、1.0vol.％BNNS、1.0vol.％BZCT@SiO₂NFs、0.5vol.％BNNS、1.5vol.％BZCT@SiO₂ NFs、0.5vol.％BNNS、1.0vol.％BZCT@SiO₂ NFs、1.0vol.％BNNS、0.5vol.％BZCT@SiO₂ NFs、1.5vol.％BNNS；

或1.5vol.％BNNS、3.0vol.％BZCT@SiO₂ NFs、1.0vol.％BNNS、6.0vol.％BZCT@SiO₂ NFs、0.5vol.％BNNS、9.0vol.％BZCT@SiO₂ NFs、0.5vol.％BNNS、6.0vol.％BZCT@SiO₂NFs、1.0vol.％BNNS、3.0vol.％BZCT@SiO₂ NFs、1.5vol.％BNNS；