專利名稱：一種具有高儲能密度的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于介電材料和儲能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有高儲能密度的材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
高儲能密度的儲能器，是當(dāng)前電動汽車、新能源產(chǎn)業(yè)、家用電子產(chǎn)業(yè)和國防軍工都急需的產(chǎn)品，高密儲能電容器是實(shí)現(xiàn)lkwh/kg和1500元/kwh兩指標(biāo)的有效途徑之一。制備高儲能密度的電容器，首先需制備高儲能密度的膜材料。因介電材料的儲能量與材料的介電常數(shù)成正比，與材料的工作電壓的平方成正比，因此高儲能密度的膜材料應(yīng)有高的介電常數(shù)和高的工作電壓。通常采用高絕緣強(qiáng)度的材料包覆(或混合)高介電常數(shù)的材料制備高密度儲能膜材料。高絕緣強(qiáng)度的材料和高介電常數(shù)材料都有有機(jī)和無機(jī)兩種，有機(jī)材料重量輕，易成膜，更適合于移動儲能電容器的制造。高介電常數(shù)材料中，導(dǎo)電材料的介電常數(shù)為無窮大，比化合物高介電常數(shù)材料更適合于制備儲能電容器。通常介電材料多制備成納米材料與絕緣材料混合，仍有粒度大，混合閥值低的不足。中國專利200810116165. X研究的高密度儲能材料，雖然采用碳納米管為導(dǎo)電材料，但因其導(dǎo)電顆粒以納米級分散，致材料的介電常數(shù)仍偏低。中國專利201010581345. 2將鉀鹽以分子形態(tài)(皮米級)分散于聚偏二氟乙烯的溶液中，可得到達(dá)IO5 IO6的相對介電常數(shù)膜。但存在如下不足1、檸檬酸鉀被包覆后熱解還原出鉀單質(zhì)，因鉀的金屬原子半徑遠(yuǎn)大于通常使用的導(dǎo)電金屬的原子半徑，即生成的微電容器半徑大，在相同的體積比時(shí)，微電容器的數(shù)量少，復(fù)合材料的介電常數(shù)偏??；2、聚偏二氟乙烯與金屬附著性差，將影響鉀單質(zhì)在聚偏二氟乙烯中分散，也致介電常數(shù)偏低；3、 聚偏二氟乙烯的絕緣強(qiáng)度偏低，致膜的工作電壓也偏低；4、鉀單質(zhì)性能活潑易氧化，對復(fù)合材料的性能穩(wěn)定性和安全性有不利影響；5、聚偏二氟乙烯的價(jià)格高；6、制備復(fù)合材料的熱處理時(shí)間過長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聚苯乙烯基高密度儲能的材料及其制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下。1. 一種具有高儲能密度的材料，該材料是聚合物與分子形態(tài)金屬單質(zhì)的復(fù)合材料，其中分子形態(tài)金屬單質(zhì)是有機(jī)酸鹽與聚合物在共同的溶劑中分散制備成混合材料后， 加熱使有機(jī)酸鹽熱解還原所得的分子形態(tài)金屬單質(zhì)；聚合物是熱分解溫度高于與其混合的有機(jī)酸鹽、絕緣性能好的聚合物；聚合物與分子形態(tài)金屬單質(zhì)的體積比為I-X X，X = 1 99。優(yōu)選聚合物與金屬單質(zhì)的體積比為I-Y Y，Y = 1 50。2. 一種具有高儲能密度的材料制備方法，操作步驟如下1)將聚合物與有機(jī)酸鹽在共同的溶劑中充分混合均勻，或各自先制成均勻溶液后再充分混合均勻，得混合溶液；2)將步驟1)所得混合溶液，在攪拌中加入沉淀劑，使聚合物與有機(jī)酸鹽的混合材料析出，固液分離得到聚合物與有機(jī)酸鹽的固體粒子，或?qū)⑷軇]發(fā)得到聚合物與有機(jī)酸鹽的混合的固體粒子；3)將步驟2、所得固體粒子，升溫至高于有機(jī)酸鹽熱分解的溫度，讓有機(jī)酸鹽充分分解，得到復(fù)合物；4)將步驟幻所得復(fù)合物，按通常聚合物熱熔制膜的工藝或溶解制膜的工藝，制得高儲能密度的材料的膜，控制膜的厚度可調(diào)整膜的工作電壓。上面所述有機(jī)酸鹽與聚合物在共同的溶劑中分散制備成的混合材料，其特征在于，有機(jī)酸鹽為導(dǎo)電金屬的有機(jī)酸鹽，優(yōu)選葡萄糖酸、檸檬酸或草酸與銅、鎳、鐵，鎂、鋅化合生成的鹽，更優(yōu)選葡萄糖酸銅；聚合物為任何絕緣良好的高分子聚合物，優(yōu)選聚苯乙烯及其
I=I 巫 O3. 一種具有高儲能密度的材料制備方法的具體操作步驟如下1)將聚苯乙烯及其合金與葡萄糖酸銅，按配比在甘油中充分混合分散均勻；2)將步驟1)所得溶液，在攪拌中加入乙醇或溶度參數(shù)小于乙醇，能與甘油混溶的材料，使聚苯乙烯及其合金與葡萄糖酸銅的混合材料沉淀，固液分離；3)將步驟幻所得固體粒子，升溫至155 170°C，讓葡萄糖酸銅充分分解，得到復(fù)合物；4)將步驟幻所得復(fù)合物，按通常塑料熱熔制膜的工藝或溶解制膜的工藝，制得高儲能密度的材料的膜?？刂颇さ暮穸瓤烧{(diào)整膜的工作電壓。本發(fā)明的有益效果1.提供一種介電常數(shù)與絕緣強(qiáng)度高、重量輕、易加工、低成本的聚合物基儲能材料。2.提供一種分子形態(tài)金屬單質(zhì)分散制備復(fù)合材料的方法。3.提供一種工藝簡單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)的高密度儲能膜材料的制備方法。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本實(shí)施例不意味著對本發(fā)明內(nèi)容的任何限制。實(shí)施例1(1)將絕緣級聚苯乙烯與聚苯醚的重量比為9 1的合金加入甘油溶解，配制成濃度10g/L的溶液；(2)將葡萄糖酸銅加入甘油溶解，配制成濃度10g/L的溶液；(3)將步驟(1)和步驟O)的溶液，按聚苯乙烯合金與銅的體積比92. 5 7.5混合，經(jīng)高剪切力乳化機(jī)混合，得聚苯乙烯與葡萄糖酸銅的混合溶液。(4)將步驟(3)的混合溶液于強(qiáng)攪拌中緩慢加入無水乙醇，至固體物析出，分離后得聚苯乙烯與葡萄糖酸銅的混合材料粒。(5)將步驟的混合材料粒平攤于聚四氟乙烯板上，升溫至155 170°C，保溫 30分鐘，使葡萄糖酸銅熱解，得聚苯乙烯與單質(zhì)銅的復(fù)合材料。
6)將步驟(5)的復(fù)合材料溶解于乙酸乙酯，配制得濃度IOg聚苯乙烯/1膜液；(7)將步驟(6)的制膜液涂復(fù)至電極箔表面，乙酸乙酯揮發(fā)后，在電極表面得高密度儲能膜。相對介電常數(shù)為8.86X 106。實(shí)施例2全部步驟與實(shí)施例1相同，僅步驟(3)中聚苯乙烯與銅的體積比改為90. 9 9. 1， 得高密度儲能膜，相對介電常數(shù)為1.05X 107。實(shí)施例3步驟(1) (5)與實(shí)施例1相同。(6).將步驟(5)的復(fù)合材料送聚苯乙烯熱熔制膜機(jī)，制得高密度儲能膜?？刂颇さ暮穸葹?00微米，膜的工作電壓可大于500伏。實(shí)施例4(1)將三元共聚型聚酰亞胺加入N，N- 二甲基甲酰胺溶解，配制成濃度100g/L的溶液；(2)檸檬酸鎳加入N，N- 二甲基甲酰胺溶解解分散，配制成濃度100g/L的溶液；(3)將步驟(1)和步驟O)的溶液，按聚酰亞胺與鎳的體積比90 10混合，經(jīng)高剪切力乳化機(jī)混合，得聚酰亞胺與檸檬酸鎳的混合溶液。(4)將步驟(3)的混合溶液真空抽濾后，得聚酰亞胺與檸檬酸鎳的混合材料粒。5)將步驟的混合材料粒平攤于陶瓷板上，升溫至300 320°C，保溫2小時(shí)， 使檸檬酸鎳熱解，得聚酰亞胺與單質(zhì)鎳的復(fù)合材料。(6)將步驟(5)的復(fù)合材料溶解于N，N_ 二甲基甲酰胺，配制得聚酰亞胺/1膜液；(7)將步驟(6)的制膜液涂復(fù)至電極箔表面，N，N_二甲基甲酰胺揮發(fā)后，在電極表面得高密度儲能膜。實(shí)施例5(1)將三元共聚型聚酰亞胺加入N，N- 二甲基甲酰胺溶解，配制成濃度100g/L的溶液；(2)將草酸銅加入N，N- 二甲基甲酰胺溶解，配制成濃度100g/L的溶液；(3)將步驟(1)和步驟(2)的溶液，按聚酰亞胺與銅體的積積比90. 9 9. 1混合， 經(jīng)高剪切力乳化機(jī)混合，得聚酰亞胺與草酸銅的混合溶液。(4)將步驟(3)的混合溶液真空抽濾后，得聚酰亞胺與草酸銅的混合材料粒。(5)將步驟(4)的混合材料粒平攤于陶瓷板上，升溫至350°C，保溫2小時(shí)，使草酸銅熱解，得聚酰亞胺與單質(zhì)銅的復(fù)合材料。(6)將步驟(5)的復(fù)合材料溶解于N，N_ 二甲基甲酰胺，配制得聚酰亞胺/1膜液；(7)將步驟(6)的制膜液涂復(fù)至電極箔表面，N，N_二甲基甲酰胺揮發(fā)后，在電極表面得高密度儲能膜。
權(quán)利要求
1.一種具有高儲能密度的材料，其特征在于，該材料是聚合物與分子形態(tài)金屬單質(zhì)的復(fù)合材料，其中分子形態(tài)金屬單質(zhì)是有機(jī)酸鹽與聚合物在共同的溶劑中分散制備成混合材料后，加熱使有機(jī)酸鹽熱解還原所得的分子形態(tài)金屬單質(zhì)；聚合物是熱分解溫度高于與其混合的有機(jī)酸鹽、絕緣性能好的聚合物；聚合物與分子形態(tài)金屬單質(zhì)的體積比為 I-X X，X = 1 99。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高儲能密度的材料，其特征在于，所述聚合物與金屬單質(zhì)的體積比為I-Y Y，Y = 1 50。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高儲能密度的材料，其特征在于，所述有機(jī)酸鹽為導(dǎo)電金屬的有機(jī)酸鹽；所述聚合物為絕緣性能良好的高分子聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高儲能密度的材料，其特征在于，所述有機(jī)酸鹽是葡萄糖酸、檸檬酸或草酸與銅、鎳、鐵，鎂、鋅化合生成的鹽；聚合物為聚苯乙烯及其合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高儲能密度的材料，其特征在于，所述有機(jī)酸鹽是葡萄糖酸銅；聚合物為聚苯乙烯及其合金。
6.如權(quán)利要求1所述具有高儲能密度的材料的制備方法，其特征在于，操作步驟如下1)將聚合物與有機(jī)酸鹽在共同的溶劑中充分混合均勻，或各自先制成均勻溶液后再充分混合均勻，得混合溶液；2)將步驟1)所得混合溶液，在攪拌中加入沉淀劑，使聚合物與有機(jī)酸鹽的混合材料析出，固液分離得到聚合物與有機(jī)酸鹽的混合固體粒子，或?qū)⑷軇]發(fā)得到聚合物與有機(jī)酸鹽的混合固體粒子；3)將步驟幻所得固體粒子，升溫至高于有機(jī)酸鹽熱分解的溫度，讓有機(jī)酸鹽充分分解，得到復(fù)合物；4)將步驟幻所得復(fù)合物，按通常聚合物熱熔制膜的工藝或溶解制膜的工藝，制得高儲能密度的材料的膜，控制膜的厚度可調(diào)整膜的工作電壓。
7.如權(quán)利要求1所述具有高儲能密度的材料的制備方法，其特征在于，操作步驟如下1)將聚苯乙烯與葡萄糖酸銅在甘油中充分混合分散均勻，或各自先自制成均勻溶液后再充分混合均勻；2)將步驟1)所得溶液，在攪拌中加入沉淀劑乙醇或溶度參數(shù)小于乙醇，能與甘油混溶的材料，使聚苯乙烯與葡萄糖酸銅的混合材料沉淀，固液分離；3)將步驟幻所得固體粒子，升溫至高于葡萄糖酸銅熱分解的溫度155 170°C，讓葡萄糖酸銅充分分解，得到復(fù)合物；4)將步驟幻所得復(fù)合物，按通常塑料熱熔制膜的工藝或溶解制膜的工藝，制得高儲能密度的材料的膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有高儲能密度的材料及其制備方法，本材料是聚合物基混合金屬單質(zhì)的復(fù)合材料，具有高介電常數(shù)、高絕緣強(qiáng)度。其制備步驟包括將有機(jī)鹽與聚合物在共同的溶劑中分散制備成復(fù)合材料后，加熱使鹽熱解得到金屬單質(zhì)與聚合物的復(fù)合材料。本材料重量輕、電容量大、工作電壓高，特別適用于制造移動高密度儲能電容器。
文檔編號C08L71/12GK102532733SQ20111045242
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者扈勝祿 申請人:扈勝祿