薄膜電容器：不可或缺的基礎(chǔ)電子元器件
薄膜電容器是以電介質(zhì)聚合物為介質(zhì)材料，表面覆有金屬電極，經(jīng)卷繞成型加工生產(chǎn)的一類基礎(chǔ)電子元器件。它具有工作電壓高（通常超過(guò)數(shù)kV）、功率密度高（可高達(dá)GW量級(jí)）、工作溫度范圍寬、低損耗、安全、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在智能電網(wǎng)、綠色新能源技術(shù)、電動(dòng)汽車、以及先進(jìn)武器裝備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。在電子電路系統(tǒng)中，薄膜電容器具有整流、旁路、耦合等功能，是集成電子電路中不可或缺的電路元件之一，每年有數(shù)十億只薄膜電容器應(yīng)用于各類消費(fèi)電子產(chǎn)品。在新能源開(kāi)發(fā)與轉(zhuǎn)換應(yīng)用領(lǐng)域，介電薄膜電容器作為儲(chǔ)能裝置中關(guān)鍵元器件，具有穩(wěn)壓、變頻、高效等優(yōu)異性能，在新能源收集與轉(zhuǎn)化過(guò)程中起到不可或缺的關(guān)鍵作用。在大功率脈沖電源應(yīng)用方面，大容量薄膜電容器由于其極高的功率密度，可實(shí)現(xiàn)瞬間的能量釋放，在一些軍用高端武器系統(tǒng)中，如激光武器、電磁彈射、高功率微波和電磁脈沖武器中等具有不可替代的作用。
不同結(jié)構(gòu)電容器部件與成品
新型耐高溫高儲(chǔ)能薄膜復(fù)合材料：
行業(yè)變革的源生動(dòng)力
目前商用薄膜電容器以雙向拉伸聚丙烯材料（BOPP）為主，雖然BOPP膜材具有損耗低、工藝成熟的優(yōu)點(diǎn)，但是在日益發(fā)展的集成化、穩(wěn)定性、安全性等應(yīng)用需求方面，仍然存在兩個(gè)核心問(wèn)題：（1）作為薄膜電容器的核心材料電介質(zhì)薄膜的儲(chǔ)能密度低，BOPP材料的儲(chǔ)能密度僅為1~2 J/cm3，導(dǎo)致電容器在應(yīng)用過(guò)程中占據(jù)了電子系統(tǒng)與設(shè)備的大量體積。（2）使用溫度偏低，BOPP薄膜電容器的介電性能只能在低于70 ℃的環(huán)境中保持，無(wú)法滿足混合動(dòng)力系統(tǒng)、原油開(kāi)采、航空航天等高溫應(yīng)用場(chǎng)景下的使用需求。
為改變這一現(xiàn)狀，制備兼具耐高溫性能（高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、高熱分解溫度、高溫尺寸穩(wěn)定性等）、優(yōu)異介電性能（高絕緣強(qiáng)度、低介電損耗等）和良好力學(xué)性能的耐高溫聚合物基電介質(zhì)材料是新型耐高溫電容器研發(fā)的主攻方向。常見(jiàn)的耐高溫電介質(zhì)材料主要包括聚酰亞胺（PI）、聚酰胺酰亞胺（PAI）、聚醚酰亞胺（PEI）、聚苯并咪唑（PBI）、聚醚醚酮（PEEK）、氟樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、聚芳酰胺等幾類。其中，酰胺類聚合物具有優(yōu)異的介電性能，包括低損耗因子（介室溫下0.004～0.007），高擊穿強(qiáng)度和高體積電阻率，介電常數(shù)（室溫、103 Hz頻率下為3.0）比BOPP高50％，儲(chǔ)能能力可實(shí)現(xiàn)大幅提升。酰胺類聚合物由于分子結(jié)構(gòu)間存在較強(qiáng)的共軛作用或者分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部易形成氫鍵等化學(xué)鍵，導(dǎo)致分子鏈內(nèi)部以及分子鏈間存在較強(qiáng)的相互作用力，直接表現(xiàn)為具有優(yōu)良的耐高溫性能和良好的熱穩(wěn)定性。同時(shí)，通過(guò)引入不同類別的填料相（如高介電陶瓷填料、高電子親和能小分子填料、低含量高聚物合金成分等），可以合理調(diào)控材料的介電和力學(xué)性能。因此，近年來(lái)以酰胺類聚合物為基材的新型耐高溫高儲(chǔ)能薄膜電容器在不斷解決基材批量化制備、器件成型工藝友好性、成本優(yōu)化等問(wèn)題中蓄勢(shì)待發(fā)，成為薄膜電容器領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢(shì)。
新型耐高溫高儲(chǔ)能薄膜電容器
廣闊的應(yīng)用和商業(yè)前景
在軍用高端新武器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方面，驅(qū)動(dòng)高新武器負(fù)載的脈沖電源功率一般在數(shù)百MW至數(shù)GW，脈沖電源一次釋放的能量達(dá)數(shù)十MJ，電源脈沖重復(fù)頻率最高要求達(dá)到每秒一千次，這對(duì)初級(jí)儲(chǔ)能技術(shù)和大功率脈沖電源儲(chǔ)能能力、功率密度、耐高溫能力、穩(wěn)定性、壽命等提出了極為苛刻的要求，大容量?jī)?chǔ)能薄膜電容器是目前可能滿足這一需求的唯一選項(xiàng)。
在民用領(lǐng)域，薄膜電容器在傳統(tǒng)家電領(lǐng)域的應(yīng)用增長(zhǎng)遲緩，但是近年來(lái)節(jié)能減排以及開(kāi)發(fā)利用以太陽(yáng)能、風(fēng)能為代表的新型綠色能源成為快速發(fā)展的熱點(diǎn)方向，全球分布式光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電裝置的裝機(jī)量逐年上升，耐壓能力和耐高頻性能優(yōu)異的薄膜電容器在其核心組件逆變器中起到穩(wěn)壓和整流的作用，也將迎來(lái)市場(chǎng)容量的持續(xù)增長(zhǎng)。除此以外，薄膜電容器“通交流，阻直流”的特點(diǎn)，使得新能源電動(dòng)汽車中實(shí)現(xiàn)直流-交流轉(zhuǎn)換的逆變器與儲(chǔ)能電池成為同樣重要的關(guān)鍵部件，處于動(dòng)力和能源裝置附近的逆變器中高功率電容器的耐壓強(qiáng)度、功率特性、高溫環(huán)境耐受性決定了汽車電機(jī)的工作穩(wěn)定性，對(duì)提高電動(dòng)汽車性能至關(guān)重要。在政策與發(fā)展需求的推動(dòng)下，新能源汽車的增長(zhǎng)將推動(dòng)薄膜電容器行業(yè)的發(fā)展。
