宋文蘭¹,宋文行¹,李冰¹,劉茜²,歐陽玉閣²,田華峰2*,郭改萍3
(1.河北省超薄聚丙烯膜技術(shù)創(chuàng)新中心滑绒，河北衡水053500;2.北京工商大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院闷堡，北京100048;3.北京石油化工學(xué)院新材料與化工學(xué)院，北京102617)
摘要：目前商用薄膜電容器以雙向拉伸聚丙烯材料(BOPP)為主疑故，其作為薄膜電容器的關(guān)鍵材料是最常用的聚合物薄膜杠览，但BOPP薄膜作為電容器的核心材料仍存在儲能密度低和使用溫度偏低等問題。本文綜述了近幾年研究學(xué)者對電容器用BOPP薄膜在電介質(zhì)材料的介電及儲能性能提升方面的研究纵势，為高性能聚合物基電介質(zhì)材料的研究和發(fā)展提供了參者并對去來的研空方向進(jìn)行了展望踱阿。
關(guān)鍵詞：雙向拉伸聚丙烯；電容器钦铁；薄膜软舌；儲能；介電
0前言
電能存儲是一種重要的能量存儲技術(shù)牛曹，受到學(xué)術(shù)界與工業(yè)界廣泛關(guān)注[1-2]佛点。電能存儲元件主要有電介質(zhì)電容器、電化學(xué)超級電容器以及電池等[3-4]黎比。薄膜電容器是以電介質(zhì)聚合物為介質(zhì)材料的一類基礎(chǔ)電子元器件恋脚。其具有工作電壓高腺办、功率密度高、損耗低糟描、工作溫度范圍寬怀喉、安全、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)船响，在新能源電動汽車躬拢、光伏、智能電網(wǎng)见间、綠色新能源技術(shù)聊闯，以及先進(jìn)武器裝備、風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)米诉、航空電子工業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[5-6]菱蔬。
目前商用薄膜電容器以BOPP為主，其作為薄膜電容器的關(guān)鍵材料是最常用的聚合物薄膜史侣，占產(chǎn)品市場份額的約70%[7]拴泌。BOPP薄膜是將聚丙烯(PP)通過熔融塑化由擠出機(jī)擠成厚片，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與熔點(diǎn)之間的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)惊橱，沿縱向和橫向雙向拉伸到一定的倍數(shù)蚪腐，使高分子鏈重新取向并有序排列；再通過熱定型税朴，使取向后的分子鏈結(jié)構(gòu)固定下來回季；最后經(jīng)冷卻及后續(xù)處理而制得的薄膜制品。其具有(1)介電常數(shù)不隨頻率的改變而改變正林，不隨外加電場的變化發(fā)生顯著改變泡一；(2)介電損耗小觅廓；(3)吸水率極低鼻忠，防潮絕緣性能好；(4)薄膜厚薄均勻性好哪亿、擊穿強(qiáng)度高粥烁、機(jī)械強(qiáng)度高；(5)可粗面化蝇棉，可制成特殊工況下的浸油型電力電容器讨阻；(6)可微薄化，這樣大大減小了電容器的體積和質(zhì)量篡殷，可實(shí)現(xiàn)電容器的小型化钝吮、輕量化；(7)原料易得、價格便宜奇瘦，具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢[2],這也是迅速占領(lǐng)電容器市場的因素之一等眾多優(yōu)點(diǎn)棘催，因此在電能存儲裝置中具有廣泛應(yīng)用[8-11]。
但是在日益發(fā)展的集成化耳标、穩(wěn)定性醇坝、安全性等應(yīng)用需求方面，仍然存在兩個核心問題：(1)作為薄膜電容器的核心材料電介質(zhì)薄膜的儲能密度低次坡，BOPP材料的儲能密度僅為1～2J/cm³,導(dǎo)致電容器在應(yīng)用過程中占據(jù)了電子系統(tǒng)與設(shè)備的大量體積呼猪。(2)使用溫度偏低，BOPP薄膜電容器的介電性能只能在低于70℃的環(huán)境中保持砸琅，無法滿足儲能等高溫應(yīng)用場景下的使用需求宋距。且在較高溫度下BOPP薄膜的擊穿電場降低比較迅速且損耗明顯增加，因此極大地限制了BOPP薄膜電容器性能的改善[7]症脂。因此研究高端電容器薄膜介質(zhì)材料也成為了《科技日報(bào)》所發(fā)布的35項(xiàng)“卡脖子”問題之一[12-15]谚赎。
為此國內(nèi)外研究學(xué)者進(jìn)行了提升BOPP儲能電容器薄膜性能的研究。已有研究學(xué)者總結(jié)了電容器用BOPP薄膜在原料特性诱篷、生產(chǎn)工藝等方面的研究進(jìn)展[16]壶唤。本文在此基礎(chǔ)上綜述了最近幾年研究學(xué)者們關(guān)于BOPP薄膜在電容器的介電性能和儲能性能提升方面的研究，為獲得具有優(yōu)異儲能性能的聚合物基材料的研究提供了新的研究思路兴蒸。
1儲能特性原理
電介質(zhì)材料作為電容器的核心器件视粮，介質(zhì)材料的儲能密度主要受相對介電常數(shù)和電介質(zhì)擊穿強(qiáng)度的影響细办，相對介電常數(shù)越大橙凳、擊穿場強(qiáng)越高，能量密度越大笑撞。因此提升介電常數(shù)和擊穿場強(qiáng)是獲得高儲能密度電介質(zhì)的主要措施岛啸，同時還需要注意電容器的充放電效率，充放電效率過低茴肥，將會導(dǎo)致大部分能量以熱的形式釋放坚踩，進(jìn)一步加速介質(zhì)老化甚至引起器件熱失控，給電容器的長期穩(wěn)定運(yùn)行帶來安全隱患[17]瓤狐。因此瞬铸，無論采用何種改性方法，都應(yīng)在保證充放電效率的前提下础锐，盡可能的獲得高能量密度嗓节。綜合性能優(yōu)異的電介質(zhì)材料必須要有介電損耗低、介電常數(shù)高皆警、耐擊穿特性高拦宣、高儲能密度、可釋放效率高等性能指標(biāo)。然而鸵隧，介電常數(shù)高往往意味著介電損耗增大且擊穿電壓降低绸罗。因此，如何更好的平衡介電常數(shù)豆瘫、介電損耗和擊穿場強(qiáng)之間的關(guān)系珊蟀，成為了提高電容器薄膜材料儲能性能的重點(diǎn)研究方向之一，因此研究和設(shè)計(jì)材料的結(jié)構(gòu)以獲得更優(yōu)異的儲能性能變得尤為重要[18]外驱。
針對聚合物儲能材料低能量密度和高溫能量損耗大的瓶頸問題系洛，目前，BOPP薄膜的改性主要有內(nèi)部調(diào)控和表面設(shè)計(jì)兩個方面略步，研究學(xué)者們主要從摻雜屉栓、共混姜骡、接枝、表面沉積、噴涂涡匀、多層膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建這幾種研究思路來提升BOPP儲能電容器薄膜的性能[19-20]。
2 BOPP基體調(diào)控
2.1摻雜功能填料
從BOPP基體聚合物本身來講纽哥，摻雜功能填料主要是利用納米顆粒的效應(yīng)來改善復(fù)合薄膜的儲能性能背率。
通常采用3種方式：(1)通過提高復(fù)合薄膜的介電常數(shù)來提高其儲能密度，主要是利用了納米顆粒的高介電常數(shù)羡铲；還有兩種方法是通過提高電容器復(fù)合薄膜的擊穿場強(qiáng)從而提升儲能密度蜂桶；(2)利用寬禁帶納米顆粒在復(fù)合薄膜中引入深陷阱來捕獲電荷并限制載流子輸運(yùn)；(3)利用極小納米金屬顆粒的庫倫阻塞效應(yīng)抑制泄漏電流也切。
無機(jī)納米粒子的添加是提高薄膜電容器介電性能研究最多的策略之一扑媚。將高度絕緣的無機(jī)納米顆粒包覆到聚合物中在提高儲能密度和充放電效率方面是有效的[21-22]。
這可通過在納米顆粒/聚合物界面處引入的深陷阱來解釋雷恃，可以減緩電荷載流子的傳輸疆股，從而抑制傳導(dǎo)電流[23]。有充分證據(jù)表明倒槐，納米顆粒摻入的效果密切取決于納米顆粒在聚合物基質(zhì)中的相容性和分散性[24]旬痹。
Gong[25]以辛基三乙氧基硅烷(OBT)改性BT為高介電填料，氯化聚丙烯(CPP)為黏結(jié)劑讨越，制備了BOPP/OBT@CPP/BOPP復(fù)合薄膜两残，在450MV/m下，Ue可達(dá)7.17J/cm³把跨。
XiZhang[26]將TiO?納米粒子摻雜到BOPP薄膜中探究了其介電性能人弓，發(fā)現(xiàn)通過添加少量的TiO?納米顆粒(1%～5%),就會使得BOPP/TiO?納米復(fù)合材料的介電常數(shù)大大增強(qiáng)，但隨時TiO?含量的增加节猿，BOPP/TiO?納米復(fù)合材料的交流擊穿電壓(BDV)急劇下降票从。
單純向PP基體填充高介電納米填料后雙向拉伸得到復(fù)合BOPP薄膜可以有效提高其介電常數(shù)漫雕，但聚合物基體和納米填料的界面附著性較差，在拉伸過程中容易出現(xiàn)空隙峰鄙，很難獲得與商業(yè)聚合物薄膜類似的高質(zhì)量均勻復(fù)合材料薄膜[27-28],通常性能提升有限浸间，達(dá)不到目標(biāo)要求。且納米粒子的相容性差和聚集甚至?xí)档徒殡娦阅芤髁瘛Ｍㄟ^表面功能化的界面調(diào)節(jié)魁蒜，可以改善納米顆粒和聚合物基質(zhì)之間的相容性，導(dǎo)致介電常數(shù)和擊穿強(qiáng)度增加吩翻，并抑制空間電荷積累[29-30]兜看。因此研究學(xué)者們開始研究對BOPP表面直接進(jìn)行改性的方法。
2.2表面接枝
在不破壞材料聚合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上狭瞎，在表面適當(dāng)?shù)慕又O性基團(tuán)充當(dāng)深陷阱细移，阻礙載流子注入，構(gòu)造交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提高材料的極化率熊锭、陷阱密度和深度弧轧，從而實(shí)現(xiàn)BOPP薄膜性能的優(yōu)化，表現(xiàn)出優(yōu)異的儲能密度和充放電效率碗殷。
Liu等[31]采用飽和過硫酸銨溶液進(jìn)行紫外照射接枝反應(yīng)精绎，使得BOPP電容膜表面的C—H基團(tuán)被C—OH基團(tuán)取代，而C—OH基團(tuán)則可以通過形成深陷阱來捕獲電極注入的載流子锌妻，從而抑制載流子的遷移代乃，有效地提高了表面接枝BOPP電容膜的介電常數(shù)、充放電效率和儲能密度仿粹，接枝薄膜的直流擊穿場強(qiáng)由386MV/m增加到551MV/m,最大儲能密度增加到2.77J/cm3[17],因此接枝后的BOPP薄膜表現(xiàn)出優(yōu)良的儲能性能搁吓。
Wang等[32]用紫外線照射將丙烯酸(AA)接枝到BOPP表面，顯著降低高溫下的漏電流密度牍陌，在370MV/m和125℃條件下擎浴，BOPP-AA薄膜的Ue為1.32J/cm³,效率>90%[33]员咽。
2.3共混
共混方法則是通過加入具有耐高溫的有機(jī)成分以提高BOPP的耐高溫特性毒涧，BOPP與有機(jī)成分共混后，擊穿場強(qiáng)增加贝室，較高溫度下的電導(dǎo)率降低契讲，因此具有較高的儲能密度[34],從而提高薄膜的儲能性能。
將具有中等介電常數(shù)(～9.7)的氧化鎂(MgO)顆粒嵌入到馬來酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)中滑频，再與BOPP進(jìn)行共混捡偏。PP-g-MAH結(jié)構(gòu)不僅提供了較深的能量陷阱，抑制了材料的高溫導(dǎo)電性能峡迷，而且由于分子中含有極性元素银伟，提高了材料的介電常數(shù)你虹，且與BOPP基體表現(xiàn)出良好的相容性，當(dāng)η>90%時彤避，所得納米復(fù)合材料在120℃下的最大Ue為1.66J/cm³[35]傅物。在高溫下大大提高了能量密度和充放電效率，表現(xiàn)出了出色的電容儲能性能琉预，同時也可以減少薄膜電容器的體積和質(zhì)量董饰。
不同基體的聚合物與聚合物共混的復(fù)合材料，雖然可以不用考慮無機(jī)填料帶來的相容性問題以及界面問題圆米，但已知聚合物中介電常數(shù)最高的PVDF也僅有10左右卒暂，所以單純的聚合物共混對于薄膜電容器的性能提升還是較少。
2.4表面涂覆
同時表面涂覆的方式可以增強(qiáng)BOPP薄膜的介電及儲能性能娄帖。
Fu等[36]利用浸漬涂布法得到了聚乙烯醇/鈦酸鋇(PVA/BT)涂覆的BOPP復(fù)合薄膜也祠，得到的雙層復(fù)合薄膜的介電常數(shù)提高至4.2,擊穿強(qiáng)度為470MV/m,在400MV/m電場下放電能量密度為2.90J/cm³。該方法得到的涂層BOPP薄膜具有出色的柔韌性近速、耐用性齿坷、阻燃性和抗穿刺性[36]。
XieZL等[37]將BT顆粒與PVA混合制備出具有高折射率(r)的涂層数焊。PVA/BT復(fù)合涂層涂敷到BOPP薄膜上永淌，表面涂層可以消除傳統(tǒng)復(fù)合材料中的高電場，并產(chǎn)生更高的Eb,薄膜的最大能量比為4.2,最大電子轟擊強(qiáng)度為470MV/m,在400MV/m下的能量密度為2.90J/cm³,達(dá)到了BOPP薄膜的先進(jìn)水平佩耳。采用等離子體輔助包覆的方法在純BOPP薄膜的外表面負(fù)載高分子粒子來解決這些問題遂蛀。
張志成等[38]將聚對二甲苯涂覆在BOPP薄膜的表面作為載流子捕獲層，具有深陷阱的Parylene能夠有效的捕獲載流子干厚，表面沉積ParyleneF的BOPP薄膜在120℃時李滴，Ue達(dá)5.52J/cm³,充放電效率大于90%,顯著降低漏電電流，改善了BOPP薄膜在高溫下的擊穿強(qiáng)度和儲能性能蛮瞄。
3 BOPP薄膜的表面修飾改性
利用相關(guān)的聚合物表面修飾改性方法所坯，在聚合物基體表面生長絕緣性能優(yōu)異的無機(jī)層材料，能夠抑制高溫挂捅、高場下電極電荷的注入芹助，可以有效提高聚合物薄膜的絕緣與儲能性能。薄膜的表面修飾改性具有介電損耗影響小闲先、不易畸變電場等優(yōu)勢[39],BOPP薄膜的表面修飾是指通過氣相沉積法状土、磁控濺射技術(shù)修飾薄膜表面或者是通過等離子體、紫外光等在BOPP薄膜表面引入特定的極性基團(tuán)伺糠，以提高介電常數(shù)蒙谓，從而提升表面修飾后的BOPP薄膜的儲能密度。
3.1化學(xué)氣相沉積(CVD)
CVD是一種高效训桶、可控累驮、溫和的提高BOPP薄膜介電儲能性能的方法酣倾，基于CVD工藝的表面官能化方法可以有效避免復(fù)合體系的界面問題。
Xiong等[40]通過CVD法將絕緣性強(qiáng)谤专、高熔點(diǎn)和深陷阱能級的不同聚對二甲苯衍生聚合物層沉積在BOPP薄膜表面灶挟，以顯著增強(qiáng)了BOPP薄膜的介電儲能性能。30℃下最大儲能密度為10.10J/cm³毒租、可釋放效率大于90%,是相同條件下原始BOPP薄膜的54倍稚铣。同時，在高溫120℃墅垮、可釋放效率大于90%的條件下惕医，儲能密度高達(dá)5.52J/cm³,是相同條件下原始BOPP薄膜的42倍。該方法也可以很容易地?cái)U(kuò)展到各種聚合物介電薄膜算色。
3.2磁控濺射技術(shù)
磁控濺射技術(shù)是通過對靶材進(jìn)行粒子轟擊生成靶材粒子抬伺，并將靶材粒子沉積到基材上形成膜層的過程，相對于其他技術(shù)灾梦，磁控濺射技術(shù)制備的無機(jī)功能層結(jié)合性更好峡钓。
Yin4等通過磁控濺射技術(shù)向BOPP薄膜表面沉積氧化鋁(Al2O3),在提高介電常數(shù)的同時降低了電導(dǎo)損耗，在125℃若河、200kV/mm場強(qiáng)下獲得了高達(dá)0.45J/cm³的放電能量密度能岩，效率高達(dá)97.7%,放電能量密度和效率都相較BOPP有顯著提升。
3.3等離子體
等離子體處理是通過氣體的放電萧福，在反應(yīng)過程中沒有化學(xué)試劑的加入拉鹃、沒有副產(chǎn)物生成，具有生產(chǎn)過程反應(yīng)步驟少鲫忍、簡單有效膏燕、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，提升了儲能電容器薄膜的性能悟民，在常壓的空氣中對BOPP電容膜進(jìn)行處理可以提高電容膜的擊穿電場坝辫、儲能密度等，對儲能用BOPP電容膜的性能具有重要的指導(dǎo)意義射亏。
為獲取更高能量儲能密度的電容器近忙，中科院邵濤團(tuán)隊(duì)[42]采用氣體放電等離子體處理方法高效地產(chǎn)生KrCl222nm和Xe2172nm準(zhǔn)分子深紫外光，其具有光子能量高鸦泳、對環(huán)境無污染等優(yōu)勢银锻，可在常壓空氣中直接輻照改性BOPP。該等離子體處理方法可以實(shí)現(xiàn)BOPP的斷鍵以及重構(gòu)做鹰，形成熱穩(wěn)定性更好的C—0鍵，且不會出現(xiàn)產(chǎn)生新界面的一系列問題鼎姐。改性后的BOPP電容膜的效率在常溫下大于95%,放電密度由4MJ/m³增加至7.5MJ/m³,擊穿電場在常溫下提升了17%,在高溫120℃下提升了52%钾麸。為揭示改性內(nèi)在機(jī)理更振，邵濤等建立了分辨率高達(dá)0.5μm的激光誘導(dǎo)壓力波空間電荷測試方法，原位獲得了通過氣體放電等離子體處理前后BOPP薄膜樣品的電荷空間分布饭尝，發(fā)現(xiàn)深紫外光改性可以明顯減少空間電荷量肯腕、弱化電場畸變；并通過密度泛函理論計(jì)算钥平，準(zhǔn)確詳細(xì)地介紹了C—O引入BOPP鏈后形成深陷阱实撒、限制載流子遷移的原理。以此類推涉瘾，該方法具有良好的通用性知态，可以將其推廣到其他高溫介質(zhì)薄膜中，目前邵濤的課題組正進(jìn)行放大試驗(yàn)立叛，相信不久的將來很快會進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化负敏。
3.4紫外光處理
紫外光輻照接枝改性是一種非常有效的方法，可以提高BOPP薄膜的高溫儲能性能秘蛇。
LiuHaoliang[43]采用通過紫外線輻照法制備了BOPP表面接枝膜其做，在BOPP薄膜的表面引入C—OH基團(tuán)以形成深陷阱，形成深陷阱捕獲來自電極的注入載流子赁还，抑制載流子遷移妖泄。85℃時，儲能密度從1.45J/cm³增加到2.77J/cm³艘策。在較高溫度下浮庐，表面接枝PP膜的漏電導(dǎo)率顯著降低，從而降低了高溫導(dǎo)電損耗柬焕。表面接枝的BOPP膜通過優(yōu)化載流子輸運(yùn)行為在惡劣環(huán)境中保持高的充放電效率审残。改性后的薄膜具有優(yōu)異的儲能密度和充放電效率。
為進(jìn)一步提高BOPP薄膜的高溫儲能性能斑举，ChiQingguol³²將丙烯酸(AA)作為極性有機(jī)分子搅轿，通過紫外線照射接枝到BOPP薄膜表面。結(jié)果表明富玷，其能顯著降低高溫下的漏電流密度璧坟，大大提高材料的高溫儲能性能。在370kV/mm和125℃下赎懦，改性后BOPP薄膜的放電能量密度為1.32J/cm³,效率>90%,比原始BOPP薄膜提高474%雀鹃。
4薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的單層復(fù)合膜不論是表面修飾還是共混等方法，雖然能一定程度上解決問題励两，但在聚合物薄膜基體的三維整體設(shè)計(jì)及各良好性能發(fā)揮上還未達(dá)到理想的效果黎茎，而通過構(gòu)造不同層狀結(jié)構(gòu)的聚合物薄膜復(fù)合材料可以有效地改變不同層狀結(jié)構(gòu)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和復(fù)合界面等問題，因此可以充分地發(fā)揮各層的優(yōu)異性能当悔，從而實(shí)現(xiàn)提高儲能性能的目標(biāo)傅瞻。因此目前BOPP薄膜的結(jié)構(gòu)多設(shè)計(jì)成多層結(jié)構(gòu)踢代，以發(fā)揮各個層面的作用。
YiGong等[44]以聚偏氟乙烯(PVDF)為中間層嗅骄，將氯化聚丙烯(CPP)與兩層BOPP外層共混胳挎，制成有機(jī)多層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜，CPP與BOPP的結(jié)合力很好溺森，且其極性比BOPP高慕爬，從而提高了薄膜的介電常數(shù)。此外屏积，其還將甲基丙烯酸甲酯医窿、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯肾请、甲基丙烯酸非正己酯4種甲基丙烯酸酯單體接枝到CPP上留搔，進(jìn)一步提高了CPP的儲能性能。 方面铛铁，以BOPP為外層的結(jié)構(gòu)在外加電場作用下具有較高的擊穿強(qiáng)度隔显。另一方面，中間層的PVDF提高了復(fù)合膜的表觀介電常數(shù)饵逐。結(jié)果表明括眠，PVDF和CPP的引入，使材料的能量密度從BOPP的2.71J/cm³顯著提高到BOPP/PVDF-CPP/BOPP的5.07J/cm³,充放電效率高達(dá)82.5%倍权。當(dāng)CPP-g-PNFHMA作為中間層時掷豺，放電能量密度和效率分別為5.70J/cm³和88.1%。
非均質(zhì)三明治結(jié)構(gòu)的層狀結(jié)構(gòu)使電場的重新分布成為可能薄声，接枝單體可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)抑制介電損耗或改善極化当船。BOPP/PVDF復(fù)合薄膜材料的介電性能得到改善。除了能量密度默辨，工藝簡單和成本低也是其在實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)勢德频。
Dang[45]等制備了雙層PP/PVDF膜，其擊穿強(qiáng)度為649MV/m,比商業(yè)BOPP膜高60MV/m缩幸。他們的理論模擬表明壹置，高介電涂層可以抑制缺陷周圍的局部電場畸變。
GongYi[46]使用改性的BT與辛基三乙氧基硅烷(OBT)作為高介電填料和CPP作為黏合劑涂敷在BOPP薄膜上表谊，并通過層壓法成功制備了具有雙折射結(jié)構(gòu)的BOPP-OBT@CPP-BOPP復(fù)合膜钞护。在該復(fù)合膜中其中間的OBT@CPP層提供了較高的介電常數(shù)，而外部的BOPP薄膜層則提供了較高的擊穿強(qiáng)度和較低的介電損耗爆办。因此难咕，結(jié)果表明，BOPP-OBT@CPP-BOPP的最高能量密度在450MVm-1時高達(dá)7.17J/cm³,OBT@CPP層中的OBT為40%,是BOPP的2.6倍。此外步藕，充放電效率保持高達(dá)81%惦界。該三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)大大提高了BOPP薄膜結(jié)電容器的能量密度挑格。
北京化工大學(xué)的馬育紅團(tuán)隊(duì)[47]設(shè)計(jì)制備出不同組分和結(jié)構(gòu)的BOPP基三明治復(fù)合介電薄膜咙冗，以CPP為中間層聚合物基體，分別構(gòu)筑了共混漂彤、填充和有機(jī)/無機(jī)復(fù)合的三明治結(jié)構(gòu)薄膜雾消，所得BOPP復(fù)合介電薄膜的儲能性能顯著提升。其中以二維納米填料氮化硼納米片(BNNS)填充的CPP/PVDF為中間層挫望，以BOPP為外層制備了三明治結(jié)構(gòu)薄膜立润。BNNS優(yōu)良的導(dǎo)熱性能可有效抑制三明治復(fù)合薄膜在高溫下的介電損耗，BNNS的大長徑比對三明治復(fù)合薄膜的擊穿強(qiáng)度有一定增強(qiáng)作用媳板。所得復(fù)合介電薄膜的儲能性能顯著提升桑腮，當(dāng)中間層BNNS添加量為3vol%時其放電能量密度為5.17J/cm³,并且充放電效率維持在82.1%的較高水平。由此可見蛉幸，在三明治結(jié)構(gòu)中摻雜進(jìn)去不同樣貌形態(tài)的有機(jī)無機(jī)填料填充破讨，因其綜合了不同層介電材料的優(yōu)點(diǎn)，所以能更有效地調(diào)控聚合物基復(fù)合薄膜的儲能性能奕纫。
5結(jié)語
為提高BOPP基聚合物電容膜的儲能性能提陶，目前國內(nèi)外各研究團(tuán)隊(duì)無論是通過接枝上—OH、—CN等極性基團(tuán)匹层、還是將具有高介電常數(shù)得填料共混進(jìn)去隙笆、以及通過建立多層如三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合體系等方法均在研究領(lǐng)域取得了部分可喜的進(jìn)展，但離獲得理想的升筏、可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化使用的BOPP基聚合物電容膜還有很長的路要走撑柔。
新一代高性能BOPP電容膜必須要有介電損耗低、擊穿電壓高您访、儲能密度高铅忿、耐高溫、使用壽命長的技術(shù)指標(biāo)⊙笾唬現(xiàn)有電容器用BOPP薄膜在儲能中需要解決的問題還有：(1)復(fù)合體系中辆沦，界面問題的機(jī)理仍需進(jìn)一步深入探究。(2)聚合物基薄膜材料不如陶瓷材料的耐高溫儲能性能優(yōu)異识虚。因此肢扯，研究學(xué)者們未來如何進(jìn)一步從材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面進(jìn)行突破，如何平衡好高介電常數(shù)担锤、高耐擊穿特性和高可釋放效率這3種性能間的關(guān)系蔚晨，則是提高電容器用薄膜材料儲能特性的重要研究方向，也是下一步非常需要解決的問題。但目前研究受限于研發(fā)技術(shù)和生產(chǎn)成本的因素铭腕，想要制備出滿足上述要求的電容器薄膜仍然需要科研學(xué)者們的進(jìn)一步不懈奮斗银择，相信在不久的未來會有很大的突破。
參考文獻(xiàn)：
[1]魏賢華.儲能電容無機(jī)電介質(zhì)薄膜研究進(jìn)展[J]. 四川師范大學(xué)學(xué) 報(bào)(自然科學(xué)版),2024,47(3):312-327.
[2] 黨智敏.干式直流電容器全鏈條國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)探討[J]. 電力 電容器與無功補(bǔ)償累舷，2024,45(1):1-4.
[3] FANZJ,LI L L,MEIXS,et al.Multilayer ceramic filmcapacitors for high-performance energy storage:progress and outlook[J].Jour-nal of Materials Chemistry A,2021,9(15):9462-9480.
[4] LIUC,LIF,MA L P,et al.Advanced materials for energy stor- age[J].Advanced Materials ,2010,22(8):E28.
[5] 任森浩考，龐利霞，周迪被盈，等.儲能聚合物復(fù)合方式的研究進(jìn)展 [J]. 功能材料析孽，2023,54(9):9070-9075.
[6] 張博釗，劉志英.聚合物基電介質(zhì)薄膜電容器研究進(jìn)展[J]. 工程 塑料應(yīng)用只怎，2023,51(7):171-172.
[7] 燕仕玉.高儲能聚丙烯電容器薄膜的制備與性能研究[D] 青島：青 島科技大學(xué)袜瞬，2021.
[8] 于暢，電容器BOPP薄膜電熱聯(lián)合老化特性研究[D]. 哈爾濱： 哈爾濱理工大學(xué)身堡，2024.
[9]劉強(qiáng)邓尤，邢照亮，周昌浩贴谎，等.電容器用BOPP薄膜及其專用樹脂 研究進(jìn)展[J]. 絕緣材料汞扎，2023,56(4):1-3.
[10]彭偉，吳冬赴精，王霞佩捞，等.聚丙烯及其加工對電容器用BOPP 薄膜性能的影響[J]. 化工技術(shù)與開發(fā)，2022,51(5):39-45.
[11] 高新蕾哟，馮葉飛.BOPP 電容器薄膜市場現(xiàn)狀與展望[J].塑料
包裝一忱，2015,25(3):6-8.
[12] 蓋斌，賈華谭确，張騰帘营，等.柔性直流輸電用干式直流電容器工 況驗(yàn)證試驗(yàn)回路研制[J]電力電容器與無功補(bǔ)償，2024,45(1):169 -174.
[13] 王錦清逐哈，謝紫龍芬迄，張 琴，等.聚丙烯基介電復(fù)合材料的研究進(jìn)展 [J]. 塑料工業(yè)昂秃，2023,51(7):8-15.
[14] 王光華.聚丙烯電工膜料技術(shù)概述及市場分析[J]. 石化技術(shù)禀梳， 2021,28(9):200-201.
[15] 于海楠 .BOPP 基復(fù)合薄膜的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與儲能性能研究 [D]. 哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2024.
[16]黃傳兵肠骆，祝志東算途，鄧兆敬.電容器薄膜用聚丙烯樹脂的發(fā)展現(xiàn)狀 [J]. 電力電容器與無功補(bǔ)償，2024,45(1):27-34.
[17]張博釗蚀腿，劉志英.聚合物基電介質(zhì)薄膜電容器研究進(jìn)展[J]. 工程 塑料應(yīng)用嘴瓤，2023,51(7):173-174.
[18]任森，龐利霞，周迪廓脆，等筛谚，儲能聚合物復(fù)合方式的研究進(jìn)展[J]. 功能材料，2023,54(9):9076-9079.
[19]張傳升停忿，章程驾讲，任成燕，等.聚丙烯基薄膜儲能的影響機(jī)制及優(yōu)化 策略研究進(jìn)展[J] 電工技術(shù)學(xué)報(bào)瞎嬉，2024,39(7):2193-2212.
[20] 劉強(qiáng)蝎毡，邢照亮厚柳，周昌浩氧枣，等.電容器用BOPP 薄膜及其專用樹脂 研究進(jìn)展[J]. 絕緣材料，2023,56(4):3-6.
[21]H Li,D Ai,L L Ren,et al.Scalable polymer nanocomposites with record high-temperature capacitive performance enabled by ra- tionally designed nanostructured inorganic fllers[J].Adv Mater, 2019,31:1900875.
[22]Y Zhu,YZhu,XY Huang,et al.High energy density polymer dielectrics interlayered by assembled boron nitride nanosheets[J]. Adv Energy Mater,2019,9:1901826.
[23]Y Zhou,Q Li,B Dang,et al.A scalable,high-throughput,and
environmentally benign approach to polymer dielectrics exhibiting significantly improved capacitive performance at high temperatures [J].Adv Mater,2018(30):1805672.
[24] AM Pourrahimi,TAHoang,DM Liu,etal.Hedenqvist,highlyef ficient interfaces in nanocomposites based on polyethylene and ZnO nano/hierarchical particles:a novel approachtoward ultralow electri- cal conductivity insulations[J].AdvMater,2016,(28):8651-8657.
[25] Gong Y,Chen D,Duan JJ,et al.Largely enhanced energy densi- ty of BOPP-OBT@CPP-BOPP sandwich-structured dielectric composites[J].Joumal of Materials Chemistry C,2022,10(36): 13074-13083.
[26]Xi Zhang,Dongzhi Zhu,Hui You,et al.Nanocomposites prepared based on reactor granule technology[J]ACS Appl Electron Mater 2022,4:1257-1265.
[27]FENG QK,ZIIONG SL,PEIJY,et al.Recent progress and future prospects on all-organic polymer dielectrics for energy stor age capacitors [J].Chemical Reviews,2022,122(3):3820-3.878.
[28]WEIJ,ZHU L.Intrinsic polymer dielectrics for high energy densi- ty and low loss electric energy storage[J].Progress in Polymer Science,2020,106:101254.
[29]H Luo,X Zhou,C Ellingford,et al.Interface design for high en- ergy density polymer nanocomposites[J].Chem Soe Rev,2019,(48):4424-4465.
[30]YWang,YLi,L Wang,et al.Gradient-layered polymer nanocom- posites with significantly improved insulation performance for dielec- tric energy storage[J].Energy Storage Mater,2020,24:626-634
[31]Liu H L,Du BX,Xiao M,et al.High-temperature performance of dielectric breakdown in BOPP capacitor film based on surface grafting[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insu- lation,2021,28(4):1264-1272.
[32] Chi Q G,Wang T Q,Zhang CH,et al.Significantly improved high-temperature energy storage performance of commercial BOPP films by utilizing ultraviolet grafting modification[J].iEner-
gy,2022,1(3):374-382.
[33] Zhou Yao,Yuan Chao,Wang Shaojie,et al .Interfacemodulated nanocomposites based on polypropylene for high-temperature ener- gy storage[J].Energy Storage Materials,2020,28:255-257.
[34] Yao Zhou ,Chao Yuan ,Shaojie Wang,et al.Interface-modulated nanocomposites based on polypropylene for high-temperature ener- gy storage[J]Energy Storage Materials,2020,28:258-260.
[35] Yao Zhou,Chao Yuan,Shaojie Wang,et al.Interface-modulated nanocomposites based on polypropyleneforhigh-temperature ener gy storage[J].Energy Storage Materials,2020,28:261-263.
[36] Z Xie.D Liu.X Tang.et al.Largely improved dielectricenergy per formances and safety of BOPP film via surface engineering e[J] Composites Science and Technology,2023,232:109856- 109856.
[37]Xie Z L,Liu DY,Tang XH,et al.Largely improved dielectric energy performances and safety of bopp film via surface engineering[J].CompositesScience and Technology,2023,232:109856.
[38] 杜伯學(xué)别垮，冉昭玉便监，劉浩梁，等碳想，干式直流電容器聚丙烯薄膜絕緣性 能及其改進(jìn)方法研究進(jìn)展[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)烧董，2022,38(5):1-11. [39] Xiong J,Fan X,Long D J,et al.Significant improvement in high- temperature energy storage performance of polymer dielectrics via constructing a surface polymer carrier trap layer[J].Joumal of Ma-terials Chemistry A,2022,10(46):24611-24619.
[40] Jie Xiong,Xing Fan,Dajiang Long,et al.Significant improve- ment in high-temperature energy storage performance of polymer dielectrics via constructing a surface polymer carriertrap layer[J] Journal of Materials Chemistry A,2022,10(46):24611-24,619.
[41] Bao Z,Du X,Ding S,et al.Improved working temperature and capacitive energy density of biaxially oriented polypropylene films with alumina coating layers[J].ACS Applied Energy Materials
[J].2022,5(3):3119-3128.
[42]Bangdou Huang,Jiachuan Yu,Jie Dong,et al.Improving charge storage of biaxially-oriented polypropylene under extreme elec- tric fields by excimer UV irradiation[J].Advanced Materials, 2024:DOI:10.1002/adma.202311713.
[43] Liu Haoliang,Du Boxue,Xiao Meng.Improved energy density and charge discharge eficiency of polypropylene capacitor film based on surface grafting [J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2021,28(5):1539-1546.
[44]Yi Gong,Weiping Xu,Dong Chen.All-organic sandwich-struc- tured BOPP/PVDF/BOPPdielectric films with significantly im- proved energy density and charge-discharge efficiencyLJ]Chemi- cal Engineering Joumal,2023(458):141525.
[45] PEI JY,ZHA JW,ZHOUW Y,et al.Enhancement of break- down strength of multilayer polymer film through electric field re- distribution and deect modification[J].Applied Physics Letters, 2019,114(10):103702.
[46]Gong Yi,Chen Dong,Duan Junjin,et al.Largely enhanced ener gy density of BOPP-OBT@CPP-BOPP sandwich-structured di- electric composites[J].Journal of Materials Chemistry C,2022, 10(36):13074-13083.
[47]鞏藝.高儲能密度BOPP基復(fù)合介電薄膜的制備及性能研究 [D]. 北京：北京化工大學(xué)，2023.
聚砜醫(yī)療干粉吸入...
塑料包裝材料的減...
汽車功能鍵觸摸蓋I...
高性能注塑聚丙烯...
