一種儲能復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種儲能復合材料的制備方法，通過使用海因環(huán)氧樹脂包覆修飾陶瓷材料，然后與偏氟乙烯樹脂或偏氟乙烯共聚物樹脂基體復合，得到儲能復合材料；本發(fā)明的制備方法簡單，獲得了在低電場下具有高儲能密度的復合材料，且克服了無機陶瓷和有機高分子材料相容性不好和混合不均勻的問題。
【專利說明】一種儲能復合材料的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復合材料的制備方法，特別是涉及一種制備在低電場下具有高儲 能密度的納米復合材料的新方法。

【背景技術】
[0002] 高儲能材料在電子工業(yè)領域應用前景越來越廣泛，人們相應開發(fā)了各種不同的儲 能技術，包括鋰電池、燃料電池、電容器和超級電容器等，其中電容器因其具有高的能量密 度和快捷的充電-放電速度而備受關注，電容器的能量密度是由介電材料體系所決定，高 介電常數(shù)、1?擊穿電場和低損耗的材料體系是制備1?儲能電容器的關鍵。
[0003] -般的陶瓷，如鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、鋯鈦酸鉛、鈮鎂鋯鈦酸鉛等具有高的介電常數(shù)， 例如鈦酸鋇在IKHz下介電常數(shù)可高達1700,然而陶瓷材料具有易脆，加工性能差等缺點 大大限制了其應用；高分子材料具有好的加工性能、高的擊穿電場、低損耗并且價格低廉， 是材料體系中優(yōu)選的對象，但是一般的高分子材料介電常數(shù)很低，通常在2-10之間。那么 通常的一種思路就是結合陶瓷材料和高分子材料的優(yōu)勢，制備高分子-陶瓷復合材料，但 是無機陶瓷材料與高粘度的有機高分子材料復合時，經(jīng)常會不可避免的出現(xiàn)二者相容性不 好，混合不均勻等問題，因此，亟需通過制備高儲能電容材料來解決這些問題。
[0004] 目前報道的不同的化學修飾方法修飾陶瓷粉末制備的高儲能復合材料，大都有高 的擊穿電場，一般大于200kV/mm，甚至達到500?800kV/mm，而這么高的電場在實際應用中 是很難達到的，并且非常危險。根據(jù)能量密度的計算公式E= eEb2/2, ε為材料的介電常 數(shù)，Eb為材料的擊穿電場，可以看出能量密度的提高大部分來自擊穿電場提高的貢獻，在低 電場下獲得的儲能密度太低，不能達到現(xiàn)實的需要。那么如何在低電場條件下獲得高能量 密度具有更深的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種制備方法簡單、在低電場下具有高儲能密度的復合材 料的制備方法；且克服了無機陶瓷和有機高分子材料相容性不好和混合不均勻的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術方案為：
[0007] -種復合材料的制備方法，使用海因環(huán)氧樹脂包覆修飾陶瓷材料，然后與偏氟乙 烯樹脂或偏氟乙烯共聚物樹脂基體復合，得到儲能復合材料；所述的陶瓷材料為具有鈣鈦 礦結構的鐵電體或反鐵電體陶瓷。
[0008] 海因環(huán)氧樹脂與陶瓷材料的質(zhì)量比為1:50?1:3。
[0009] 海因環(huán)氧樹脂與陶瓷材料的質(zhì)量比優(yōu)選為1:20?1:3。
[0010] 海因環(huán)氧樹脂修飾陶瓷材料粉末在所述的復合材料中體積分數(shù)為不高于70%。
[0011] 海因環(huán)氧樹脂修飾陶瓷材料在所述的復合材料中的體積分數(shù)優(yōu)選為5%?65%， 進一步優(yōu)選為40-55%。
[0012] 所述的陶瓷材料為鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、鋯鈦酸鉛、鈮鎂鋯鈦酸鉛、二氧化鈦中的一 種或幾種。
[0013] 所述海因環(huán)氧樹脂修飾陶瓷材料的過程為：向5-25質(zhì)量％的海因環(huán)氧樹脂水溶 液中加入粒徑為20nm?3um的陶瓷材料，攪拌，超聲分散，加入固化劑固化。
[0014] 海因環(huán)氧樹脂的化學式如下，
[0015]

【權利要求】
1. 一種儲能復合材料的制備方法，其特征在于，使用海因環(huán)氧樹脂包覆修飾陶瓷材料， 然后與偏氟乙烯樹脂或偏氟乙烯共聚物樹脂基體復合，得到儲能復合材料；所述的陶瓷材 料為具有鈣鈦礦結構的鐵電體或反鐵電體陶瓷。
2. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，海因環(huán)氧樹脂與陶瓷粉末的質(zhì)量比 為 1:50 ?1:3。
3. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，海因環(huán)氧樹脂與陶瓷材料的質(zhì)量比 為 1:20 ?1:3。
4. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，海因環(huán)氧樹脂修飾后的陶瓷材料在 所述的儲能復合材料中體積分數(shù)為不高于70%。
5. 根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于，海因環(huán)氧樹脂修飾后的陶瓷材料在 所述的儲能復合材料中的體積分數(shù)為5%?65%。
6. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的陶瓷材料是鈦酸鋇、鈦酸鍶 鋇、鋯鈦酸鉛、鈮鎂鋯鈦酸鉛或二氧化鈦中的一種或幾種。
7. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，海因環(huán)氧樹脂修飾陶瓷材料的過程 為，向5-25質(zhì)量％的海因環(huán)氧樹脂水溶液中加入粒徑為20nm?3um的陶瓷粉末，攪拌，超 聲分散，加入固化劑固化。
8. 根據(jù)權利要求1-7任一項所述的制備方法，其特征在于，向海因環(huán)氧樹脂水溶液 中加入陶瓷材料粉末，攪拌，超聲分散，加入固化劑，在室溫下，超聲分散，然后每Ih升溫 5-20°C，直至60-120°C，反應結束，將反應物離心清洗，在40-120°C真空干燥，破碎，得到海 因環(huán)氧樹脂修飾后的陶瓷粉末；在偏氟乙烯樹脂或偏氟乙烯共聚物樹脂中加入相對樹脂體 積分數(shù)5?65%的海因環(huán)氧樹脂修飾后的陶瓷粉末，球磨分散，澆注成型，熱壓后得到復合 材料。
9. 根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于，固化劑與海因環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為 1:20 ?1:4。
10. 根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于，固化劑與海因環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為 1:20 ?1:8。
【文檔編號】C08L27/20GK104312062SQ201410606390
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權日:2014年10月31日
【發(fā)明者】張斗, 羅行, 陳超, 李志友, 周科朝 申請人:中南大學