改性PVDF及其多元共聚物在薄膜电容器中的应用

孟庆文 胡帅捷

(浙江巨化股份有限公司氟聚合物事业部，浙江 衢州 324004)

0 前言

近年来，介质电容器由于在现代电子电气系统中的广泛应用而受到越来越多的关注，如电动汽车[1]、智能电网[2]、脉冲电力系统[3]等。与超级电容器、锂离子电池等电化学介质电容器相比，介质电容器的功率密度较大，它通过局部偶极子的旋转来存储和释放能量。然而，电容器的能量密度仍然很低，无法满足紧凑、可靠和高效电力系统的要求。因此，提高介质电容器的能量密度是近十年来研究的关键问题。研究人员研究了诸如全聚合物介电材料、陶瓷填充PVDF基高介电材料、导电填料填充PVDF 基高介电材料、核壳结构粒子填充PVDF 基高介电材料等新型复合材料。

1 聚合物介电性能

图1为D-E迟滞回线充放电循环示意图。

图1 D-E迟滞回线充放电循环示意图

一般情况下，在图1所示[4]的充放电循环中，介质中放电的能量密度(Ud)由外加电场(E)和电位移(D)共同决定[5]，见式(1)：

(1)

其中，电位移(D)与外加电场(E)有关，见式(2)：

D=ε0εγE

(2)

式中，ε0为真空介电常数，ε0=8.85×1012Fm-1；εγ为相对介电常数即介电常数。另外，当外加电场(E)达到材料失效前的最大场强即为材料的击穿场强(Eb)时，将得到该材料最大的能量密度(Ud)。

对于线性介电材料，介电常数与外加电场无关，能量密度如式(3)所示：

(3)

对于非线性介质，因为存在能量损耗和放电效率的问题，D和E的充放电曲线通常不会相互重叠。对于线性介质，能量密度由图1中三角形区域决定。对于非线性介质，能量密度由浅灰色区域决定，深灰色区域是充放电循环中损耗的能量。……