高储能密度叠片式聚合物电容器阵列研究

Currently, the energy density of capacitors is not high enough, the comprehensive performance of dielectric materials is not good enough, and the film forming technology of dielectric materials also needs further study. To solve these problems, the project aims at all-organic polymer composites to study the relationship between structure and dielectric properties, which have good flexibility and processability. We will design all-organic high-dielectric-constant polymer composites which have good comprehensive dielectric properties, good thermal stability and good film-forming properties. We will fabricate a new type of high-dielectric-constant polymer film which is suitable for capacitor, using a variety of film techniques, such as casting method, spin coating method, self-assembly ultra-thin film method and LB ultra-thin film method. These films are used in laminated polymer capacitor, which is designed independently, to develop high energy density laminated polymer capacitors developed with independent intellectual rights. In this way, we can make a balance between processing performance and dielectric properties of high-dielectric-constant material. The research result of the project can not only improve the level of basic research and innovation capacity of the field in China, but also break the blockade of foreign technology. It has great significance for enhancing the performance of China's energy storage devices.

本项目针对电容器储能密度不够高、介电材料的综合性能不好以及介电材料成膜技术等问题，瞄准柔韧性好、加工性好的全有机聚合物复合材料，通过对聚合物材料结构与其介电性能之间关系的深入研究，开发综合介电性能好、热稳定性好、成膜特性好的全有机高介电聚合物复合材料。利用流延发、旋涂发、静电自组装超薄膜以及LB超薄膜等成膜技术制备适合电容器用的新型高介电聚合物薄膜，并将其应用于自主设计的叠片式聚合物电容器结构中，开发出具有自主知识产权的高储能密度叠片式聚合物电容器，有效解决目前高介电材料加工性能与介电性能之间的矛盾。本项目还对组成高储能密度的各聚合物膜层间的界面性能、相容性及其电子输运原理进行研究，为高介电聚合物薄膜在电子器件中的进一步应用提供理论依据。本项目的研究成果不仅可提高我国相关领域的基础研究水平和自主创新能力，并可打破国外技术封锁，对于提升我国储能器件性能，具有重要意义。

有机薄膜电容器具有极高的功率密度，能将储存在电容器中的能量在ms或us的极短时间内释放出来，在电磁轨道炮、电磁弹射、激光武器等脉冲功率系统中有着巨大的应用前景。此外，有机薄膜电容器在民用领域也有较大应用需求，如新能源汽车的逆变器、医用除颤器等。本项目针对目前普遍使用的薄膜电容器材料介电常数低、储能密度低以及新材料加工性能差的问题，瞄准柔韧性好、加工性好的全有机聚合物复合材料，通过研究新型的高介、电高储能密度材料结构与性能之间的关系，开发出综合介电性能好、成膜特性好的高介电聚合物复合材料。本项目采用溶液流延法对高介电聚合物材料PVDF基聚合物进行了系统的研究，发现分子量、溶剂种类、溶液浓度、驱溶温度等参数对含氟聚合物性能都有较大的影响。本项目对新型介电聚合物材料进行了研究，研究了理论击穿电场强度很高的聚脲基聚合物，通过对单体的优选与实验过程中参数的优选，获得了理论储能密度6.55J/cc的聚脲聚合物材料。本项目将流延法、旋涂法、静电自组装、3D打印等成膜技术应用于薄膜的制备过程中，并将其应用于制备叠片式聚合物电容器，研发出具有自主知识产权的高储能密度叠片式聚合物电容器，并制备了高储能密度叠片式聚合物电容器阵列，有效解决了目前高介电材料加工性能与介电性能之间的矛盾。