專利名稱：一種具有高儲能密度的材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于介電材料和儲能材料制備技術領域，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：
高儲能密度的儲能器，是當前電動汽車、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現(xiàn)lkwh/kg和1500元/kwh兩指標的有效途徑之一。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有高的介電常數(shù)和高的工作電壓。通常采用高絕緣強度的材料包覆(或混合)高介電常數(shù)的材料制備高密度儲能膜材料。高絕緣強度的材料和高介電常數(shù)材料都有有機和無機兩種，有機材料重量輕，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電材料，但因其導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，因鉀的金屬原子半徑遠大于通常使用的導電金屬的原子半徑，即生成的微電容器半徑大，在相同的體積比時，微電容器的數(shù)量少，復合材料的介電常數(shù)偏小；2、聚偏二氟乙烯與金屬附著性差，將影響鉀單質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度偏低，致膜的工作電壓也偏低；4、鉀單質性能活潑易氧化，對復合材料的性能穩(wěn)定性和安全性有不利影響；5、聚偏二氟乙烯的價格高；6、制備復合材料的熱處理時間過長。

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)明解決上述技術問題的技術方案如下。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)金屬單質的復合材料，其中分子形態(tài)金屬單質是有機酸鹽與聚合物在共同的溶劑中分散制備成混合材料后， 加熱使有機酸鹽熱解還原所得的分子形態(tài)金屬單質；聚合物是熱分解溫度高于與其混合的有機酸鹽、絕緣性能好的聚合物；聚合物與分子形態(tài)金屬單質的體積比為I-X X，X = 1 99。優(yōu)選聚合物與金屬單質的體積比為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，使聚合物與有機酸鹽的混合材料析出，固液分離得到聚合物與有機酸鹽的固體粒子，或將溶劑揮發(fā)得到聚合物與有機酸鹽的混合的固體粒子；3)將步驟2、所得固體粒子，升溫至高于有機酸鹽熱分解的溫度，讓有機酸鹽充分分解，得到復合物；4)將步驟幻所得復合物，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，控制膜的厚度可調整膜的工作電壓。上面所述有機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，有機酸鹽為導電金屬的有機酸鹽，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，得到復合物；4)將步驟幻所得復合物，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。控制膜的厚度可調整膜的工作電壓。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)金屬單質分散制備復合材料的方法。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。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，本實施例不意味著對本發(fā)明內(nèi)容的任何限制。實施例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，得聚苯乙烯與單質銅的復合材料。
6)將步驟(5)的復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。實施例2全部步驟與實施例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。實施例3步驟(1) (5)與實施例1相同。(6).將步驟(5)的復合材料送聚苯乙烯熱熔制膜機，制得高密度儲能膜。控制膜的厚度為100微米，膜的工作電壓可大于500伏。實施例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， 使檸檬酸鎳熱解，得聚酰亞胺與單質鎳的復合材料。(6)將步驟(5)的復合材料溶解于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，使草酸銅熱解，得聚酰亞胺與單質銅的復合材料。(6)將步驟(5)的復合材料溶解于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)金屬單質的復合材料，其中分子形態(tài)金屬單質是有機酸鹽與聚合物在共同的溶劑中分散制備成混合材料后，加熱使有機酸鹽熱解還原所得的分子形態(tài)金屬單質；聚合物是熱分解溫度高于與其混合的有機酸鹽、絕緣性能好的聚合物；聚合物與分子形態(tài)金屬單質的體積比為 I-X X，X = 1 99。
2.根據(jù)權利要求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的體積比為I-Y Y，Y = 1 50。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種具有高儲能密度的材料，其特征在于，所述有機酸鹽為導電金屬的有機酸鹽；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，所述有機酸鹽是葡萄糖酸銅；聚合物為聚苯乙烯及其合金。
6.如權利要求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，使聚合物與有機酸鹽的混合材料析出，固液分離得到聚合物與有機酸鹽的混合固體粒子，或將溶劑揮發(fā)得到聚合物與有機酸鹽的混合固體粒子；3)將步驟幻所得固體粒子，升溫至高于有機酸鹽熱分解的溫度，讓有機酸鹽充分分解，得到復合物；4)將步驟幻所得復合物，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，控制膜的厚度可調整膜的工作電壓。
7.如權利要求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，得到復合物；4)將步驟幻所得復合物，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的復合材料，具有高介電常數(shù)、高絕緣強度。其制備步驟包括將有機鹽與聚合物在共同的溶劑中分散制備成復合材料后，加熱使鹽熱解得到金屬單質與聚合物的復合材料。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)先權日2011年12月29日
發(fā)明者扈勝祿 申請人:扈勝祿