【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能，具体涉及一种复合电介质薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、静电储能电容器由电介质材料和其两端的金属电极组成，是通过电介质材料在电场下极化与去极化过程完成充放电的储能器件。相较于电池、超级电容器等依赖于化学过程的储能器件，静电储能电容器具有极高的功率密度、极快的充放电速率、较高的使用温度(可达300℃)和电压耐受能力(＞105v)。因此，静电储能电容器被广泛应用于先进电力电子系统，尤其是在极端环境领域，例如电动汽车、电气化飞机、油气勘探平台、航母上的电磁脉冲系统等。
2、聚合物是一类具有广阔前景的电介质材料，相较于无机陶瓷，其具有击穿场强高、价格低廉、柔曲性好、自愈性好等优势，适用于制备电介质薄膜。然而，目前的聚合物电介质在高温度、高电场下会出现击穿场强和充放电效率的下降，导致其储能密度降低。高温下的电荷输运是造成击穿场强和效率下降的主要原因，因此增强聚合物电介质的绝缘性能是提升其高温储能密度的有效策略。目前研究者常用宽带隙的陶瓷和高电子亲和能的半导体小分子作为填料，在聚合物基体中形成电荷陷阱以抑制其输运。但前者形成的有机-无机界面绝缘性能较差，而后者本身带隙窄，绝缘性能差，这使得两种策略都会在电荷捕获的同时产生其他负面的效应，难以完全实现预期的性能提升。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种复合电介质薄膜及其制备方法和应用。该复合电介质薄膜质地均匀，缺陷少，在高温环境
2、在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种复合电介质薄膜。根据本专利技术的实施例，包括聚酰亚胺和有机小分子助剂，所述有机小分子助剂的导带底不大于-4ev，所述有机小分子助剂的带隙不小于4ev。
3、根据本专利技术实施例的复合电介质薄膜，包括聚酰亚胺和有机小分子助剂。聚酰亚胺是一类常见的耐高温聚合物电介质，具有良好的绝缘性能和热稳定性，但是高温下击穿场强，充放电效率和储能密度低。聚酰亚胺具有约-2ev的导带底，有机小分子助剂的导带底不大于-4ev，从而选用上述有机小分子助剂做为填料，可以使聚酰亚胺与有机小分子助剂的界面处形成深的电荷陷阱，对电荷输运具有显著的抑制作用。聚酰亚胺具有约3.5ev的带隙，有机小分子助剂的带隙不小于4ev，从而使复合电介质薄膜具有宽的带隙，进而削弱了电荷在其内部输运的能力，即抑制了电荷在有机小分子内部的输运，提高了复合电介质薄膜的绝缘性能。有机小分子助剂兼具了宽带隙陶瓷填料和半导体小分子填料的优势，与聚酰亚胺混合制备的复合电介质薄膜质地均匀、缺陷少，同时有机小分子助剂可以有效捕获电荷，从而抑制聚酰亚胺内部的泄漏电流，提高其在高温环境中的击穿电场强度、充放电效率和储能密度。由此，该复合电介质薄膜质地均匀，缺陷少，在高温环境中具有高击穿场强，高充放电效率和高储能密度。
4、另外，根据本专利技术上述实施例的复合电介质薄膜还可以具有如下技术特征：
5、在本专利技术的一些实施例中，所述有机小分子助剂包括2-(4-硝基亚苄基)丙二腈(nbm)、2,5-二氯-1,4-苯醌(dq)和1,2,4,5-四氰苯(tcb)中的至少之一。由此，可提高复合电介质薄膜的击穿场强，充放电效率和储能密度。
6、在本专利技术的一些实施例中，所述聚酰亚胺包括聚醚酰亚胺、氟化聚酰亚胺和可溶性聚酰亚胺中的至少之一。由此，可提高复合电介质薄膜的击穿场强，充放电效率和储能密度。
7、在本专利技术的一些实施例中，所述聚酰亚胺在所述复合电介质薄膜中的质量分数不小于95％，所述有机小分子助剂在所述复合电介质薄膜中的质量分数不大于5％。由此，可提高复合电介质薄膜的击穿场强，充放电效率和储能密度。
8、在本专利技术的一些实施例中，所述复合电介质薄膜厚度为5μm～20μm。由此，可提高复合电介质薄膜的击穿场强，充放电效率和储能密度。
9、本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备上述复合电介质薄膜的方法。根据本专利技术的实施例，包括：
10、(1)将聚酰亚胺和有机溶剂混合加热搅拌，以便得到聚酰亚胺溶液；
11、(2)将有机小分子助剂和所述聚酰亚胺溶液混合，以便得到混合溶液；
12、(3)将所述混合溶液分散处理，以便得到铸膜液；
13、(4)将所述铸膜液施加在基片上，以便得到湿膜；
14、(5)对所述湿膜进行热处理，以便得到复合电介质薄膜。
15、将聚酰亚胺和有机溶剂混合加热搅拌制备聚酰亚胺溶液，再将有机小分子助剂和聚酰亚胺溶液混合后分散处理制备铸膜液，分散处理后使有机小分子助剂可以均匀的分散在聚酰亚胺中，然后将上述铸膜液施加到基片上得到湿膜，再将湿膜热处理得复合电介质薄膜。由此，采用该方法可以制备得到质地均匀、缺陷少且在高温环境中具有高击穿场强，高充放电效率和高储能密度的复合电介质薄膜。
16、另外，根据本专利技术上述制备复合电介质薄膜的方法还可以具有如下技术特征：
17、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述聚酰亚胺溶液的固含量为100mg/ml～200mg/ml。
18、在本专利技术的一些实施例中，有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少之一。
19、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述加热的温度为60℃～100℃。
20、在本专利技术的一些实施例中，步骤(3)按照下列步骤进行：将所述混合溶液置于搅拌机中加热至40℃～100℃，搅拌6h～12h，以便得到铸膜液。
21、在本专利技术的一些实施例中，步骤(5)按照下列步骤进行：将所述湿膜先置于真空烘箱中在30℃～50℃下处理4h～8h，然后再转移至鼓风烘箱中在150℃～250℃下处理3h～6h。
22、本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种储能电容器。根据本专利技术的实施例，储能电容器包括上述复合电介质薄膜或采用上述方法制备的复合电介质薄膜。由此，该储能电容器具有优异的高温储能性能。
23、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种复合电介质薄膜，其特征在于，包括聚酰亚胺和有机小分子助剂，所述有机小分子助剂的导带底不大于-4eV，所述有机小分子助剂的带隙不小于4eV。
2.根据权利要求1所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述有机小分子助剂包括2-(4-硝基亚苄基)丙二腈、2,5-二氯-1,4-苯醌和1,2,4,5-四氰苯中的至少之一。
3.根据权利要求1或2所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述聚酰亚胺包括聚醚酰亚胺、氟化聚酰亚胺和可溶性聚酰亚胺中的至少之一。
4.根据权利要求1或2所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述聚酰亚胺在所述复合电介质薄膜中的质量分数不小于95％，所述有机小分子助剂在所述复合电介质薄膜中的质量分数不大于5％。
5.根据权利要求1或2所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述复合电介质薄膜厚度为5μm～20μm。
6.一种制备权利要求1-5中任一项所述复合电介质薄膜的方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚酰亚胺溶液的固含量为100mg/ml～200mg/ml；<...
【技术特征摘要】
1.一种复合电介质薄膜，其特征在于，包括聚酰亚胺和有机小分子助剂，所述有机小分子助剂的导带底不大于-4ev，所述有机小分子助剂的带隙不小于4ev。
2.根据权利要求1所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述有机小分子助剂包括2-(4-硝基亚苄基)丙二腈、2,5-二氯-1,4-苯醌和1,2,4,5-四氰苯中的至少之一。
3.根据权利要求1或2所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述聚酰亚胺包括聚醚酰亚胺、氟化聚酰亚胺和可溶性聚酰亚胺中的至少之一。
4.根据权利要求1或2所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述聚酰亚胺在所述复合电介质薄膜中的质量分数不小于95％，所述有机小分子助剂在所述复合电介质薄膜中的质量分数不大于5％。
5.根据权利要求1或2所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述复合电介质薄膜厚度为5μ...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈洋，杨敏铮，周乐，任伟斌，南策文，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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