一种柔性大容量片式电容器及其制备方法

    专利2025-05-29  7


    本发明涉及片式电容器,具体涉及一种柔性大容量片式电容器及其制备方法。


    背景技术:

    1、大容量柔性片式电容器是为解决传统刚性大容量片式电容与柔性系统及装备不适配的问题,克服传统柔性材料制备工艺在大容量片式电容的局限性,而专门开发的一类适应未来柔性电子系统及装备大容量电容场景应用需求的一类特殊电容器。

    2、大容量柔性片式电容器是一种具有高容量、小体积、轻质量、长寿命和可靠性的新型电容器,它具有优异的性能和广泛的应用前景。这种电容器的出现,解决了传统电容器容量小、体积大、质量重、寿命短等问题,成为电子设备中不可或缺的元件之一。

    3、大容量柔性片式电容器的容量可达到数微法拉,能够满足高功率和高频率的应用需求。它的工作电压范围广泛,可在较低或较高的电压下工作,具有良好的稳定性和可靠性。此外,它还具有较长的寿命,可承受数千小时的工作时间,不易出现老化或失效等问题。

    4、大容量柔性片式电容器的制造工艺主要包括电极制备、绝缘层制备和封装等步骤。其中,电极制备是关键环节之一,它直接影响到电容器的性能和可靠性。目前,常用的电极材料包括金属化聚酯薄膜、金属化聚酰亚胺薄膜等,这些材料具有良好的导电性和耐高温性能。

    5、大容量柔性片式电容器的应用范围非常广泛,可应用于电力电子、通信、航天、汽车电子等领域。例如,在智能电网中,它可以用于实现电能质量监测和无功补偿等功能;在电动汽车中,它可以用于实现电池管理和电机驱动等功能;在航天器中,它可以用于实现电源管理和姿态控制等功能。

    6、大容量柔性片式电容器作为一种新型的电子元件,具有优异的性能和广泛的应用前景。随着科技的不断进步和应用需求的不断提高,大容量柔性片式电容器的性能和可靠性将得到进一步提升,然而现有技术的大容量柔性片式电容器具有如下缺陷和不足:

    7、1.面向柔性系统及装备用的大容量电容还未有具体产品及方案;

    8、2.以多层陶瓷电容器(multi-layer ceramic capacitors,mlcc)为代表的传统刚性大容量片式电容存在密度大、抗机械变形差等问题,难以适应柔性系统及装备的应用需求;

    9、3.传统柔性高分子薄膜虽然可以适应柔性装备要求的机械能力,但是存在电容量密度低(介电常数一般低于5)且难以通过可靠的工艺实现大容量结构要求,无法适应柔性系统及装备对大容量电容的要求。


    技术实现思路

    1、为解决现有技术存在的问题,本发明提供一种柔性大容量片式电容器及其制备方法。本发明的柔性大容量片式电容器可折叠弯曲,增加电容应用场景。

    2、为了实现上述目的,本发明提供了如下的技术方案。

    3、第一方面,本发明提供一种柔性大容量片式电容器,包括柔性电极薄膜和柔性电介质薄膜;柔性电极薄膜和柔性电介质薄膜连续叠层形成独石结构;

    4、相邻的柔性电极薄膜分别由相对的一侧延伸至另一侧,且相互交叉布置形成交叠多层结构,在所述交叠多层结构两侧连接有柔性端电极。

    5、作为本发明进一步改进,所述柔性大容量片式电容器的叠层数量n满足:

    6、n=ct/c0,c0=ε0εrse/dε,

    7、其中,ct为柔性电容器产品总电容量,c0为单层柔性电容量,ε0为真空介电常数;εr为材料相对介电常数决定,dε为电介质薄膜厚度,se为有效电容面积。

    8、作为本发明进一步改进,所述柔性大容量片式电容器的主体结构高度t满足:

    9、t=(dc+dε)n+dc+2dε

    10、其中,dε为电介质薄膜厚度,dc为柔性电极薄膜厚度,n为叠层电容数量。

    11、作为本发明进一步改进,所述柔性电介质薄膜最小厚度dεmin基于最终形态柔性大容量电容器使用电压设计及柔性电介质材料体系薄膜形态的击穿强度:

    12、若分配给电容的电压v,选用的柔性电介质体系击穿场强eb,则制备的柔性电介质薄膜厚度不得低于1.2v/eb。

    13、作为本发明进一步改进,所述柔性电极薄膜依次左右对齐柔性电介质薄膜两侧。

    14、第二方面,本发明提供一种柔性大容量片式电容器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

    15、分别依次采用icvd方法和ocvd方法制备柔性电介质薄膜及柔性电极薄膜,并形成交叠多层结构;

    16、在所述交叠多层结构两侧制备柔性端电极。

    17、作为本发明进一步改进,所述柔性电介质的材料为:聚1,3,5-三乙烯基-1,3,5-三甲基环三硅氧烷、聚丙烯酸异壬酯以及聚1,3,5,7-四乙烯基-1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷。

    18、作为本发明进一步改进,所述柔性电极薄膜的材料包括:聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚噻吩、聚苯胺或聚吡咯。

    19、作为本发明进一步改进,柔性端电极采用与柔性电极薄膜相同的材料体系及工艺条件制备,或采用与装联工艺匹配的导电聚合物体系及ocvd制备工艺。

    20、作为本发明进一步改进,采用icvd方法制备柔性电介质,包括:

    21、将基底放置于icvd的反应器样品台上;将镍铬丝排列在反应台上方并且加热至预定温度;将引发剂、电解质单体加热使其气化后流入反应器;引发剂进入反应器经镍铬丝加热分解产生自由基,进而引发单体之间的自由基链式聚合反应,制备柔性电介质;

    22、采用ocvd方法制备柔性电极薄膜,包括:

    23、将基底放置于ocvd的反应器样品台上;将柔性电极薄膜原料单体和催化剂加热使其气化后流入反应器进行聚合反应,生成导电聚合物。

    24、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

    25、本发明开展大容量柔性片式电容制备及应用研究工作,针对特殊的叠层结构及高可靠要求采用特殊柔性薄膜制备工艺,通过柔性电介质与柔性内电极相互交叉制成柔性多层电容器,实现电容器大容量和保持柔性的特点。本发明所制备的电介质与电极均为柔性材料,有效避免了传统无机粉体和金属电极材料因具有脆性而容易发生微裂等问题,柔性大容量片式电容器可折叠弯曲,增加电容应用场景。



    技术特征:

    1.一种柔性大容量片式电容器,其特征在于,包括柔性电极薄膜和柔性电介质薄膜;柔性电极薄膜和柔性电介质薄膜连续叠层形成独石结构;

    2.根据权利要求1所述的一种柔性大容量片式电容器,其特征在于,所述柔性大容量片式电容器的叠层数量n满足:

    3.根据权利要求1所述的一种柔性大容量片式电容器,其特征在于,所述柔性大容量片式电容器的主体结构高度t满足:

    4.根据权利要求1所述的一种柔性大容量片式电容器,其特征在于,所述柔性电介质薄膜最小厚度dεmin基于最终形态柔性大容量电容器使用电压设计及柔性电介质材料体系薄膜形态的击穿强度:

    5.根据权利要求1所述的一种柔性大容量片式电容器,其特征在于,所述柔性电极薄膜依次左右对齐柔性电介质薄膜两侧。

    6.一种柔性大容量片式电容器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

    7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述柔性电介质的材料为:聚1,3,5-三乙烯基-1,3,5-三甲基环三硅氧烷、聚丙烯酸异壬酯以及聚1,3,5,7-四乙烯基-1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷。

    8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述柔性电极薄膜的材料包括:聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚噻吩、聚苯胺或聚吡咯。

    9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,柔性端电极采用与柔性电极薄膜相同的材料体系及工艺条件制备,或采用与装联工艺匹配的导电聚合物体系及ocvd制备工艺。

    10.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,采用icvd方法制备柔性电介质,包括:


    技术总结
    本发明公开一种柔性大容量片式电容器及其制备方法,该柔性大容量片式电容器包括柔性电极薄膜和柔性电介质薄膜;柔性电极薄膜和柔性电介质薄膜连续叠层形成独石结构;相邻的柔性电极薄膜分别由一侧延伸至另一侧,且相互交叉布置形成交叠多层结构,在所述交叠多层结构两侧连接有柔性端电极。通过柔性电介质与柔性内电极相互交叉制成柔性多层电容器,实现电容器大容量和保持柔性的特点。具有可折叠弯曲的优点,增加电容应用场景。

    技术研发人员:翁章钊,宋青,陈西满,高海军,谢震,蒋泽峰
    受保护的技术使用者:福建师范大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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