耐高温电容器薄膜复合材料解析
时间：2024-07-11 来源：小编 点击：
耐高温电容器薄膜复合材料解析 薄膜电容器是以电介质聚合物为介质材料，表面覆有金属电极，经卷绕成型加工生产的一类基础电子元器件。它具有工作电压高（通常超
薄膜电容器是以电介质聚合物为介质材料，表面覆有金属电极，经卷绕成型加工生产的一类基础电子元器件。它具有工作电压高（通常超过数kV）、功率密度高（可高达GW量级）、工作温度范围宽、低损耗、安全、寿命长等优点，在智能电网、绿色新能源技术、电动汽车、以及先进武器装备等领域具有广泛的应用基础。在电子电路系统中，薄膜电容器具有整流、旁路、耦合等功能，是集成电子电路中不可或缺的电路元件之一，每年有数十亿只薄膜电容器应用于各类消费电子产品。在新能源开发与转换应用领域，介电薄膜电容器作为储能装置中关键元器件，具有稳压、变频、高效等优异性能，在新能源收集与转化过程中起到不可或缺的关键作用。在大功率脉冲电源应用方面，大容量薄膜电容器由于其极高的功率密度，可实现瞬间的能量释放，在一些军用高端武器系统中，如激光武器、电磁弹射、高功率微波和电磁脉冲武器中等具有不可替代的作用。 目前商用薄膜电容器以双向拉伸聚丙烯材料（BOPP）为主，虽然BOPP膜材具有损耗低、工艺成熟的优点，但是在日益发展的集成化、稳定性、安全性等应用需求方面，仍然存在两个核心问题：（1）作为薄膜电容器的核心材料电介质薄膜的储能密度低，BOPP材料的储能密度仅为1~2 J/cm3，导致电容器在应用过程中占据了电子系统与设备的大量体积。（2）使用温度偏低，BOPP薄膜电容器的介电性能只能在低于70 ℃的环境中保持，无法满足混合动力系统、原油开采、航空航天等高温应用场景下的使用需求。
为改变这一现状，制备兼具耐高温性能（高玻璃化转变温度、高热分解温度、高温尺寸稳定性等）、优异介电性能（高绝缘强度、低介电损耗等）和良好力学性能的耐高温聚合物基电介质材料是新型耐高温电容器研发的主攻方向。常见的耐高温电介质材料主要包括聚酰亚胺（PI）、聚酰胺酰亚胺（PAI）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚苯并咪唑（PBI）、聚醚醚酮（PEEK）、氟树脂、硅树脂、聚芳酰胺等几类。其中，酰胺类聚合物具有优异的介电性能，包括低损耗因子（介室温下0.004～0.007），高击穿强度和高体积电阻率，介电常数（室温、103 Hz频率下为3.0）比BOPP高50％，储能能力可实现大幅提升。酰胺类聚合物由于分子结构间存在较强的共轭作用或者分子结构内部易形成氢键等化学键，导致分子链内部以及分子链间存在较强的相互作用力，直接表现为具有优良的耐高温性能和良好的热稳定性。同时，通过引入不同类别的填料相（如高介电陶瓷填料、高电子亲和能小分子填料、低含量高聚物合金成分等），可以合理调控材料的介电和力学性能。因此，近年来以酰胺类聚合物为基材的新型耐高温高储能薄膜电容器在不断解决基材批量化制备、器件成型工艺友好性、成本优化等问题中蓄势待发，成为薄膜电容器领域新的发展趋势。 在军用高端新武器系统的开发方面，驱动高新武器负载的脉冲电源功率一般在数百MW至数GW，脉冲电源一次释放的能量达数十MJ，电源脉冲重复频率最高要求达到每秒一千次，这对初级储能技术和大功率脉冲电源储能能力、功率密度、耐高温能力、稳定性、寿命等提出了极为苛刻的要求，大容量储能薄膜电容器是目前可能满足这一需求的唯一选项。
在民用领域，薄膜电容器在传统家电领域的应用增长迟缓，但是近年来节能减排以及开发利用以太阳能、风能为代表的新型绿色能源成为快速发展的热点方向，全球分布式光伏系统、风力发电装置的装机量逐年上升，耐压能力和耐高频性能优异的薄膜电容器在其核心组件逆变器中起到稳压和整流的作用，也将迎来市场容量的持续增长。除此以外，薄膜电容器“通交流，阻直流”的特点，使得新能源电动汽车中实现直流-交流转换的逆变器与储能电池成为同样重要的关键部件，处于动力和能源装置附近的逆变器中高功率电容器的耐压强度、功率特性、高温环境耐受性决定了汽车电机的工作稳定性，对提高电动汽车性能至关重要。在政策与发展需求的推动下，新能源汽车的增长将推动薄膜电容器行业的发展。文章来源：薄膜界、高性能膜材料编辑整理
