一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法及应用

本发明涉及聚偏氟乙烯基聚合物储能，具体涉及一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、随着现代电子和电力系统技术的不断发展，聚合物电介质由于具有高储能密度和高击穿强度，因此聚合物基薄膜电容器在现代电子和电力系统领域具有越来越重要的应用价值。尽管人们在提高聚合物复合材料的储能和方面做了大量的工作，但在大规模工业化生产的前提下，如何提高聚合物复合材料的储能性能仍然是一个巨大的挑战。同时，研究人员发现，分子式主链中含有(ch2cf2)n的聚偏氟乙烯基的高聚物因其良好的热稳定性、抗氧化性、抗辐射性、压电性和热电性，在物理、化学和工程领域得到了广泛的应用。尤其是在电介质电容器方面，由于高的放电能量密度具有巨大的应用前景。然而，在高频电气系统中，聚合物复合材料通常会发生介电损耗，从而导致聚合物复合材料储能性能降低。以往的研究主要集中在掺杂纳米无机填料方面，但是，复合薄膜的介电损耗和电导率明显增加以及充放电效率降低的问题一直未得到有效解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决传统的纯聚偏氟乙烯类聚合物薄膜存在介电损耗和电导率增加，以及充放电效率降低的问题，而提供一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法及应用。

2、一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，按以下步骤进行：

3、步骤一：制备聚丙烯酸乙酯-氯乙醚混合溶液；

4、将聚丙烯酸乙酯-氯乙醚加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中，磁力搅拌至聚丙烯酸乙酯-氯乙醚完全溶解，得到聚丙烯酸乙酯-氯乙醚混合溶液a；

5、步骤二：制备聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物/聚偏氟乙烯/聚丙烯酸乙酯-氯乙醚/聚甲基丙烯酸甲酯四项共混储能复合材料；

6、将聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯加入到聚丙烯酸乙酯-氯乙醚混合溶液a中，搅拌均匀后，得到混合溶液b；然后将混合溶液b抽真空，得到混合溶液c；再将混合溶液c均匀涂覆在预处理过的基板的一个面上，固化后将基板上的薄膜剥离，得到全有机四项共混储能复合材料，所述的全有机四项共混储能复合材料中聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸乙酯-氯乙醚与聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数的比为(25～35)：(25～35)：(15～25)：(15～25)。

7、一种全有机四项共混储能复合材料的应用，所述的全有机四项共混储能复合材料在电介质和电容器中的应用。

8、本发明的有益效果：

9、(1)本发明一种基于聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物/聚偏氟乙烯/聚丙烯酸乙酯-氯乙醚/聚甲基丙烯酸甲酯的全有机四项共混储能复合材料的制备方法，首先将聚丙烯酸乙酯-氯乙醚加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中，由于聚丙烯酸乙酯-氯乙醚橡胶介电弹性体比较难溶解，因此需要在50℃左右的温度条件下充分搅拌。再利用溶液共混法制备复合薄膜，以聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物为基体，将聚丙烯酸乙酯-氯乙醚与聚甲基丙烯酸甲酯溶液加入其中，利用溶液共混的方法制备而成。

10、在全有机共混聚合物的制备中，有机物之间的相容性是首要考虑的问题。本发明采用的聚丙烯酸乙酯-氯乙醚与聚甲基丙烯酸甲酯在聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中有良好的分散，尽管全有机四项共混储能复合材料的介电常数比纯聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚偏氟乙烯薄膜的略低，但全有机四项共混储能复合材料的介电损耗与纯的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和纯的聚偏氟乙烯薄膜相比有较大改善，解决了纯的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和纯的聚偏氟乙烯薄膜储能密度与储能效率较低的问题，实现了储能性能的显著提升。

11、(2)采用本发明工艺制备的全有机四项共混储能复合材料具有优异的介电性能和储能性能，可以广泛地应用于电气、电子和新能源汽车等先进领域。本发明制备工艺简单，经济实用，有效的节约了资源，适合大规模工业化产生，为开发全有机储能复合介质的新应用途径提供了一个有效的策略。

12、本发明可获得一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法及应用。

技术特征：

1.一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中聚丙烯酸乙酯-氯乙醚加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中前，先在50～60℃下真空烘干6～7h。

3.根据权利要求1所述的一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中聚丙烯酸乙酯-氯乙醚的质量与n,n-二甲基乙酰胺溶液的体积的比为(0.15～0.25)g：(9～10)ml。

4.根据权利要求1所述的一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中在45～55℃的温度条件下磁力搅拌23～24h。

5.根据权利要求1所述的一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中将聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯加入到聚丙烯酸乙酯-氯乙醚混合溶液a中，机械搅拌23～24h后，得到混合溶液b。

6.根据权利要求1所述的一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中将混合溶液b抽真空4～5h，得到混合溶液c。

7.根据权利要求1所述的一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中预处理过的基板按以下步骤进行处理：先将基板用去离子水清洗1～3次，然后用无尘纸擦拭干净，再用无水乙醇清洗3～5次，最后在50～60℃下干燥1～2h，得到预处理过的基板，所述的基板为耐高温玻璃板。

8.根据权利要求1所述的一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中将混合溶液c均匀涂覆在预处理过的基板的一个面上，在75～85℃下固化10～12h。

9.根据权利要求1所述的一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中全有机四项共混储能复合材料中聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸乙酯-氯乙醚与聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数的比为(35：35：15：15)、(30：30：20：20)或(25：25：25：25)。

10.如权利要求1-9任意一项所述的方法制备的一种全有机四项共混储能复合材料的应用，其特征在于所述的全有机四项共混储能复合材料在电介质电容器中的应用。

技术总结
一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法及应用，涉及聚偏氟乙烯基聚合物储能技术领域。本发明的目的是为了解决传统的纯聚偏氟乙烯类聚合物薄膜存在介电损耗和电导率增加，以及充放电效率降低的问题。方法：将聚偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯加入到聚丙烯酸乙酯‑氯乙醚混合溶液a中，搅拌均匀后，得到混合溶液b；然后将混合溶液b抽真空，得到混合溶液c；再将混合溶液c均匀涂覆在预处理过的基板的一个面上，固化后将基板上的薄膜剥离，得到全有机四项共混储能复合材料。本发明可获得一种全有机四项共混储能复合材料的制备方法及应用。

技术研发人员：张文超,刘世宇,冯宇,岳东
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13