一种多级界面结构的复合填料及其制备方法和在复合介质薄膜电容器中的应用技术

本发明专利技术公开了一种多级界面结构的复合填料及其制备方法和在复合介质薄膜电容器中的应用，属于储能电容器材料及其制备技术领域。本发明专利技术在Cu3Ti4O

【技术实现步骤摘要】
一种多级界面结构的复合填料及其制备方法和在复合介质薄膜电容器中的应用


[0001]本专利技术涉及一种多级界面结构的复合填料及其制备方法和在复合介质薄膜电容器中的应用，具体涉及一种具有“核
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星
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壳”多级界面结构的钛酸铜钙
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镍
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氧化硅填料，及其在聚偏氟乙烯复合储能电容器低场高介电常数及高储能密度材料制备中的应用，属于储能电容器材料及其制备


技术介绍

[0002]复合介质薄膜电容器具有高功率密度和快速充放电特性而被广泛应用在电力、电子器件及系统领域，如车载逆变器、电动车充电桩、电力电流器等。商业化的双向拉伸聚丙烯(BOPP)介质薄膜电容器的长时工况多为150kV/mm及以下电场，且BOPP聚合物薄膜介质的储能密度仅为1～2J/cm3，源于其较低的介电常数2.1～2.2。伴随纳米复合技术的发展，开发高介陶瓷/聚合物纳米复合薄膜介质，从而提高其高介常数和储能密度指标，成为开薄膜储能电容器用新型聚合物纳米复合介质材料的关键技术。而聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物具有高介电常数7～9的优势而被选作开发的基材，同时限定高介电陶瓷改性剂BaTiO3、CaCu3Ti4O
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等用量≤2vol％更有利于维持复合材料良好柔韧性及力学性能，但高介陶瓷/PVDF纳米复合材的介电常数和储能密度难以显著提高。尤其在实际介质薄膜储能电容器的≤100kV/mm低场应用环境下，陶瓷/PVDF复合材料的介电常数≤10，且储能密度≤1.2J/cm3、充放电效率≤70％，极大程度限制了其在储能电容器上的应用。为此，通过何种设计手段制备低场应用下的开发具有高介电常数、高储能密度和高充放电效率的陶瓷/PVDF复合新材料成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有储能电容器用陶瓷/聚偏氟乙烯复合材料在低填充份数(≤2vol％)和低电场强度(≤100kV/mm)应用环境下，介电常数低(≤10)、储能密度低(≤1.2J/cm3)和充放电效率低(≤70％)的技术指标无法同时提升的问题，提供一种多级界面结构的复合填料及其制备方法和在复合介质薄膜电容器中的应用。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]本专利技术的目的之一是提供一种多级界面结构的复合填料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0006](1)将CuSO4溶液和Ca(NO3)2溶液倒入TiOSO4溶液中，磁力搅拌30min，得到Cu/Ca/Ti的混合溶液；然后向NaOH溶液中缓慢滴加Cu/Ca/Ti混合溶液，滴加速度0.5～1.5mL/min，同时滴加NaOH溶液，保持pH为10，滴加完毕后搅拌30～60min，静置4～6h，弃上清液，将沉淀混合溶液移入反应釜中进行水热反应，反应完成后，反复离心和洗涤至洗涤液为中性，将得到的颗粒进行高温烧结，得到Cu3Ti4O
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纳米颗粒；
[0007](2)将(1)得到的Cu3Ti4O
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纳米颗粒依次进行粗化、敏化或活化处理，处理完成后
添加到镀液中，在环境温度92～97℃、搅拌速率210～280r/min下进行施镀处理5～10min，然后反复离心和洗涤5～8次后烘干，得到CaCu3Ti4O
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@Ni复合纳米颗粒；
[0008](3)将(2)得到的CaCu3Ti4O
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@Ni复合纳米颗粒分散在无水乙醇中，然后添加PVP，得到粘稠的CN/PVP混合液，然后将TEOS混合溶液滴加到粘稠的CN/PVP混合液中，滴加速度2～4mL/min，获得CN/PVP/TEOS混合溶液，然后向CN/PVP/TEOS混合溶液中滴加NH3混合溶液，滴加速度2～4mL/min，搅拌9～11h后，反复离心和洗涤5～8次后烘干，得到CaCu3Ti4O
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@Ni@SiO2纳米复合颗粒。
[0009]进一步限定，(1)中CuSO4溶液制备方法为：1.8697gCuSO4·
5H2O，加入30mL去离子水中，25℃环境下，100～150r/min磁力搅拌30～60min，得到CuSO4溶液。
[0010]进一步限定，(1)中Ca(NO3)2溶液制备方法为：0.5894gCa(NO3)2·
4H2O，加入30mL去离子水中，25℃环境下，100～150r/min磁力搅拌30～60min，得到Ca(NO3)2溶液。
[0011]进一步限定，(1)中TiOSO4溶液制备方法为：1.9596gTiOSO4·
2H2O，加入70mL去离子水中，25℃环境下，100～150r/min磁力搅拌30～60min后，滴入1mL浓硫酸，继续搅拌4～6h，得到TiOSO4溶液。
[0012]进一步限定，(1)中NaOH溶液制备方法为：向去离子水中加入NaOH颗粒，25℃环境下，100～150r/min磁力搅拌30min，调节pH值为9～10，冷却后获得0.5mol/L的NaOH溶液。
[0013]进一步限定，(1)中Cu/Ca/Ti的混合溶液中Ca、Cu和Ti的摩尔比为1:3:4。
[0014]进一步限定，(1)中水热反应温度为160℃，时间为6～8h。
[0015]进一步限定，(1)中向NaOH溶液中缓慢滴加Cu/Ca/Ti混合溶液的滴加速度为0.7mL/min。
[0016]进一步限定，(1)中高温烧结温度为750～950℃，时间为0.5～1.5h，升温速率为1～3℃/min。
[0017]进一步限定，(1)中离心速度为500～700r/min，时间1～3min。
[0018]进一步限定，(1)中洗涤溶剂为去离子水。
[0019]进一步限定，(1)中研磨速率为0.05～0.15g/h，时间为4～6h。
[0020]进一步限定，(2)中粗化液为氢氟酸溶液；敏化液由氯化亚锡、盐酸和去离子水混合构成；活化液由氯化钯、盐酸和去离子水混合构成；镀液由硫酸镍、柠檬酸、水合肼和乙二胺混合构成。
[0021]更进一步限定，粗化液为体积分数为80％的氢氟酸/去离子水溶液。
[0022]更进一步限定，敏化液中氯化亚锡的浓度为1.5g/L，盐酸的体积分数为5％。
[0023]更进一步限定，活化液中氯化钯的浓度为0.6g/L，盐酸的体积分数为1％。
[0024]更进一步限定，镀液中硫酸镍浓度为25g/L，柠檬酸浓度为17g/L，水合肼浓度为18g/L，乙二胺的体积分数为4％。
[0025]更进一步限定，镀液pH值为12～13。
[0026]进一步限定，粗化、敏化和活化处理均在80～100r/min速度电动搅拌条件下进行，时间均为10～20min，且每道预处理完成后，使用去离子水对预处理后的溶液进行反复清洗5～8次。
[0027]进一步限定，(2)中施镀处理中1L镀液中Cu3Ti4O
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纳米颗粒的含量为11～15g。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级界面结构的复合填料的制备方法，其特征在于，包括：(1)将CuSO4溶液和Ca(NO3)2溶液倒入TiOSO4溶液中，磁力搅拌30min，得到Cu/Ca/Ti的混合溶液；然后向NaOH溶液中缓慢滴加Cu/Ca/Ti混合溶液，滴加速度0.5～1.5mL/min，同时滴加NaOH溶液，保持pH为10，滴加完毕后搅拌30～60min，静置4～6h，弃上清液，将沉淀混合溶液移入反应釜中进行水热反应，反应完成后，反复离心和洗涤至洗涤液为中性，将得到的颗粒进行高温烧结，研磨，得到Cu3Ti4O
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纳米颗粒；(2)将(1)得到的Cu3Ti4O
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纳米颗粒依次进行粗化、敏化或活化处理，处理完成后添加到镀液中，在环境温度92～97℃、搅拌速率210～280r/min下进行施镀处理5～10min，然后反复离心和洗涤5～8次后烘干，得到CaCu3Ti4O
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@Ni复合纳米颗粒；(3)将(2)得到的CaCu3Ti4O
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@Ni复合纳米颗粒分散在无水乙醇中，然后添加PVP，得到粘稠的CN/PVP混合液，然后将TEOS混合溶液滴加到粘稠的CN/PVP混合液中，滴加速度2～4mL/min，获得CN/PVP/TEOS混合溶液，然后向CN/PVP/TEOS混合溶液中滴加NH3混合溶液，滴加速度2～4mL/min，搅拌9～11h后，反复离心和洗涤5～8次后烘干，得到CaCu3Ti4O
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@Ni@SiO2纳米复合颗粒。2.根据权利要求1所述的多级界面结构的复合填料的制备方法，其特征在于，(1)中Cu/Ca/Ti的混合溶液中Ca、Cu和Ti的摩尔比为1:3:4。3.根据权利要求1所述的多级界面结构的复合填料的制备方法，其特征在于，(1)中水热反应温度为160℃，时间为6～8h。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：高亮，高正武，肖千千，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：