一种核壳结构填料及其制备方法和在聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜中的应用

本发明属于储能电介质材料及其制备领域，具体涉及一种核壳结构填料及其制备方法和在聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜中的应用。

背景技术：

1、电介质电容器具有功率密度高、充放电速率快等特点，在高压柔直输电、新能源汽车等行业需求量巨大。但在电容器用电介质材料的储能特性和温度稳定性的研究中存在诸多瓶颈问题，尤其是在高压柔直输电换流阀、新能源汽车电动汽车逆变器等高温高场恶劣使役环境中。

2、聚醚酰亚胺(pei)具有良好的热稳定性，常被用做高温储能电介质，但是较低的介电常数限制了进一步的应用。聚合物纳米复合电介质结合了无机填料优异的介电性能与聚合物基体的高击穿场强和易加工性而被广泛用于薄膜电容器中。但由于纳米填料与聚合物基体间存在较大的介电性质差异，导致纳米复合电介质击穿强度降低，因此如何协同提升储能性能并有效避免电荷积聚是储能电介质行业所面临的挑战，亟需开发适合长时使役环境使用的高储能特性电介质材料。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有聚醚酰亚胺基储能复合介质高温储能特性差和介电损耗高的技术问题。而提供一种核壳结构填料及其制备方法和在聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜中的应用。

2、本发明的技术方案通过以下方式实现：

3、本发明的目的之一在于提供一种核壳结构填料，所述填料内核为氧化镁颗粒，外壳为氮化硼。

4、进一步限定，氧化镁颗粒粒径为250-300nm，外壳厚度为40-100nm。

5、本发明的目的之二在于提供一种核壳结构填料的制备方法，所述方法：

6、以氮化硼为靶材，以氧化镁颗粒为基体，通过磁控溅射轰击靶材在氧化镁颗粒表面包覆氮化硼壳层。

7、进一步限定，磁控溅射工艺：功率为50-70w，时间为1.5-3h，靶基距为15-18cm。

8、更进一步限定，磁控溅射时间为2-2.5h。

9、本发明的目的之三在于提供一种按上述方法制得的核壳结构填料在聚合物基储能电介质材料中的应用。

10、本发明的目的之四在于提供一种高温储能特性优异的聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜，所述聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜包含上述核壳结构填料。

11、进一步限定，薄膜中核壳结构填料与聚醚酰亚胺的质量比为(0.01-0.02)：1。

12、进一步限定，薄膜厚度为10-12μm。

13、本发明的目的之五在于提供一种高温储能特性优异的聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜的制备方法，所述方法：

14、s1：将聚醚酰亚胺溶解在n-甲基吡咯烷酮中，然后加入核壳结构填料，混匀，除泡，得到浆料；

15、s2：将所得浆料通过刮涂制成湿膜，随后通过梯度升温进行烘干，得到聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜。

16、进一步限定，s1中浆料浓度为0.1-0.15g/ml。

17、进一步限定，s1中通过抽真空进行除泡。

18、进一步限定，s2中梯度升温程序为：60-80℃保温3-5h，110-130℃保温1-3h，140-160℃保温1-3h，180-220℃保温1-3h，最后在真空180-220℃条件下保温3-5h。

19、本发明的目的之六在于提供一种高温储能特性优异的聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜在电容器中的应用。

20、本发明与现有技术相比具有的显著效果：

21、本发明运用磁控溅射技术制备核壳结构填料，对氮化硼靶材进行轰击，使氮化硼自然落下包覆氧化镁，通过调控磁控溅射的溅射时间，获得具有较大的能带隙差的bn@mgo颗粒，再将氮化硼包覆氧化镁颗粒引入聚醚酰亚胺基体内，在氮化硼包覆氧化镁颗粒内部形成异质结构建局部电场以抑制击穿路径，在这种核壳结构中，在异质结界面处由于电子转移形成始终存在一个方向与外部电场方向相反的电场，可以有效抵消外加电场的作用，并且可以有效抑制载流子在复合介质内部的输运，降低了复合介质的电流密度，最终有效改善了复合介质在宽温度范围内的绝缘性能。结果表明，制备的复合介质在150℃、460kv/mm、充放电效率为90％时，放电能量密度达到3.9j/cm3。

技术特征：

1.一种核壳结构填料，其特征在于，所述填料内核为氧化镁颗粒，外壳为氮化硼。

2.根据权利要求1所述的核壳结构填料，其特征在于，氧化镁颗粒粒径为250-300nm，外壳厚度为40-100nm。

3.权利要求1或2所述的核壳结构填料的制备方法，其特征在于，所述方法：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，磁控溅射工艺：功率为50-70w，时间为1.5-3h，靶基距为15-18cm。

5.权利要求1或2所述的核壳结构填料在聚合物基储能电介质材料中的应用。

6.一种高温储能特性优异的聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜，其特征在于，包含权利要求1或2所述的核壳结构填料。

7.根据权利要求1所述的聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜，其特征在于，薄膜中核壳结构填料与聚醚酰亚胺的质量比为(0.01-0.02)：1。

8.权利要求6或7所述的高温储能特性优异的聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，s1中浆料浓度为0.1-0.15g/ml，s1中通过抽真空进行除泡，s2中梯度升温程序为：60-80℃保温3-5h，110-130℃保温1-3h，140-160℃保温1-3h，180-220℃保温1-3h，最后在真空180-220℃条件下保温3-5h。

10.权利要求6或7所述的高温储能特性优异的聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜在电容器中的应用。

技术总结
一种核壳结构填料及其制备方法和在聚醚酰亚胺基储能复合介质薄膜中的应用。本发明属于储能电介质材料及其制备领域。本发明的目的是为了解决现有聚醚酰亚胺基储能复合介质高温储能特性差和介电损耗高的技术问题。本发明运用磁控溅射技术制备核壳结构填料，通过调控磁控溅射的溅射时间，获得具有较大的能带隙差的BN@MgO颗粒，再将氮化硼包覆氧化镁颗粒引入聚醚酰亚胺基体内，在氮化硼包覆氧化镁颗粒内部形成异质结构建局部电场以抑制击穿路径，这种核壳结构可以有效抵消外加电场的作用，并且可以有效抑制载流子在复合介质内部的输运，降低了复合介质的电流密度，最终有效改善了复合介质在宽温度范围内的绝缘性能。

技术研发人员：张天栋,金子琪,孟兆通,张昌海,迟庆国,李华
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：2024/3/27