用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜及其制备方法技术

公开了用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜及其制备方法，制备溶液，称取预定比例的聚偏氟乙烯溶液和聚甲基丙烯酸甲酯溶液放入反应容器中，反应容器中加入聚偏氟乙烯溶液和聚甲基丙烯酸甲酯溶液总重量3wt％的1，6

【技术实现步骤摘要】
用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚合物储能介质材料
，尤其涉及一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]介电电容器因其充放电速度快、制造成本低、高可靠性和良好的运行安全，广泛应用于高压直流(HVDC)传输系统、电动汽车和脉冲电力系统等领域中。介质电容器的性能取决于其介电材料的性能，许多材料，包括陶瓷、云母、纸张、电解质和合成聚合物，已被用于制造电介质电容器。其中，聚合物材料因其良好的电学性能、低成本、优良的加工性和高灵活性而得到最广泛的应用。然而，类似于聚丙烯等传统聚合物的介电常数小，热失真温度低，导致储能密度低，工作温度低，不适用于智能电网和电动汽车。而随着社会的发展，对高温储能电容器的需求越来越大，因此如今关于聚合物储能材料的研究主要集中在提高材料的储能密度以及提高材料的温度稳定性两个方向。如果电容器的储能密度过低，则会占用过多的空间大幅度增加成本；如果增加电容器的储能密度，由于储能密度主要于材料的介电常数以及击穿强度，当聚合物的储能性能提高的时候就会带来效率的降低，温度稳定性的减少，严重影响聚合物储能材料在高温下的使用。因此，如何平衡材料的储能性能和温度稳定性就成为了现如今的一个主要研究方向。
[0003]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜及其制备方法，通过共混交联的方式获得高玻璃化转变温度的聚偏氟乙烯(PVDF)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的共混交联材料，实现全有机储能聚合物高储能性能温度稳定性与高效率温度稳定性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法包括，
[0007]制备溶液，称量并混合聚偏氟乙烯粉末和二甲基甲酰胺溶液，搅拌获得质量分数为10wt％的聚偏氟乙烯溶液，称量并混合聚甲基丙烯酸甲酯粉末和二甲基甲酰胺溶液，搅拌获得质量分数为10wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，称取预定比例的聚偏氟乙烯溶液和聚甲基丙烯酸甲酯溶液放入反应容器中，所述反应容器中加入所述聚偏氟乙烯溶液和聚甲基丙烯酸甲酯溶液总重量3wt％的1，6
‑
己二胺交联剂，所述反应容器放置在室温下搅拌获得均相的预交联溶液；
[0008]低温成膜，预交联溶液放入真空烘箱中室温抽真空去除所述预交联溶液中的气泡后，预交联溶液通过流延法在真空烘箱中在60℃下加热1h制备成共混聚合物薄膜；
[0009]高温交联，所述共混聚合物薄膜放置在烘箱中在180℃下进行聚偏氟乙烯与聚甲
基丙烯酸甲酯的交联反应1h，反应后得到共混交联聚合物薄膜。
[0010]所述的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法中，预定比例为4∶6。
[0011]所述的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法中，在反应容器内加入聚偏氟乙烯溶液和聚甲基丙烯酸甲酯溶液总重量3wt％的1，6
‑
己二胺交联剂，并在室温下搅拌均匀。
[0012]所述的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法中，预交联溶液放入真空烘箱中室温抽真空1h去除所述预交联溶液中的气泡。
[0013]所述的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法中，将反应器中混合均匀且除气泡后的预交联溶液利用流延法均匀铺在石英玻璃基板上，在真空烘箱中60℃下处理1h，除去溶剂获取共混薄膜。
[0014]所述的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法中，将在真空烘箱60℃下获取的共混薄膜样品转移至180℃的烘箱中进行高温交联1h，获取共混交联的聚合物薄膜。
[0015]所述的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法中，共混交联聚合物薄膜在200℃下加热15分钟，后置入冰水中进行淬火处理。
[0016]所述的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法中，在去离子水中将共混交联聚合物薄膜从基板上剥离，并将共混交联聚合物薄膜置于60℃烘箱中干燥24h。
[0017]一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜，其经由所述的用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法制备形成。
[0018]共混交联聚合物薄膜中，所述共混交联聚合物薄膜在30℃
‑
90℃范围内的储能密度为10.4J/cm3‑
11.9J/cm3，充放电效率为78.3％
‑
88.5％。
[0019]在上述技术方案中，本专利技术提供的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法，具有以下有益效果：本专利技术采用共混交联的方法提高材料的温度稳定性，首先选取PVDF以及与PVDF相容性较好的PMMA作为两种共混材料，另外，由于交联的方法可以在聚合物之间形成交联网络结构进而大幅度提高材料的温度稳定性，同时也可以利用交联网络结构提高两种物质的相容性，选取可同时交联PVDF与PMMA的交联剂1，6
‑
己二胺来实现在PVDF与PMMA之间共混交联。由于材料的击穿性能与材料中杂质含量有关，因此通过试验测试不同交联剂含量对共混交联材料击穿性能的影响，获取交联剂的最佳含量，与此同时，通过测量不同共混交联比例获得的样品的变温储能性能探索出实现良好温度稳定性的最佳比例以及实现工艺。PMMA含量在60％时PVDF/PMMA的共混交联材料在30℃
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90℃范围内，储能密度稳定在10.4J/cm3‑
11.9J/cm3，充放电效率稳定在78.3％
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88.5％；当温度升高到110℃时虽然由于电场强度降至400kV/mm，但是储能密度仍然能够达到8.5J/cm3，充放电效率能达到71.1％，远优于纯PVDF，并且高于大多数同类铁电聚合物电介质。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法一个实施例的利用1，6己二胺实现PVDF与PMMA交联反应原理图；
[0022]图2是用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法一个实施例的共混交联薄膜SEM
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EDX图像示意图；
[0023]图3是用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法一个实施例的不同共混交联比例材料的DSC曲线图；
[0024]图4是用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法一个实施例的交联PVDF/PMMA(40/60)在变温储能密度与效率曲线图；
[0025]图5是用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，其包括：制备溶液，称量并混合聚偏氟乙烯粉末和二甲基甲酰胺溶液，搅拌获得质量分数为10wt％的聚偏氟乙烯溶液，称量并混合聚甲基丙烯酸甲酯粉末和二甲基甲酰胺溶液，搅拌获得质量分数为10wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，称取预定比例的聚偏氟乙烯溶液和聚甲基丙烯酸甲酯溶液放入反应容器中，所述反应容器中加入所述聚偏氟乙烯溶液和聚甲基丙烯酸甲酯溶液总重量3wt％的1，6
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己二胺交联剂，所述反应容器放置在室温下搅拌获得均相的预交联溶液；低温成膜，预交联溶液放入真空烘箱中室温抽真空去除所述预交联溶液中的气泡后，预交联溶液通过流延法在真空烘箱中60℃下加热1h制备成共混聚合物薄膜；高温交联，所述共混聚合物薄膜放置在烘箱中在180℃下进行聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯的交联反应1h，反应后得到共混交联聚合物薄膜。2.根据权利要求1所述的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，优选的，预定比例为4：6。3.根据权利要求1所述的一种用于电容器储能的共混交联聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，在反应容器内加入聚偏氟乙烯溶液和聚甲基丙烯酸甲酯溶液总重量3wt％的1，6
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己二胺交联剂，并在室温下搅拌均匀。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泳斌，高景晖，刘正伟，吴明，钟力生，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：