[發明專利]一種鈦酸鍶基無鉛高儲能密度高儲能效率陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710093715.X
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106699170B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 楊海波;閆非;林營;高淑雅;朱建鋒;王芬
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01G4/12
• 分類號: H01G4/12;C04B35/47;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

一種鈦酸鍶基無鉛高儲能密度高儲能效率陶瓷材料及其制備方法，首先按照化學式(1?x)SrTiO₃?x(0.65BaTiO₃?0.35Bi_0.5Na_0.5TiO₃)進行配料，其中x表示摩爾分數，且0.1≤x≤0.6；經球磨、干燥后獲得原料粉體；將獲得的原料粉體加入粘合劑進行造粒，陳腐24～48小時后，壓制成片，排膠處理后在1250～1350℃下燒結，即可得到鈦酸鍶基無鉛高儲能密度高儲能效率陶瓷材料。本發明的陶瓷材料制備工藝簡單、穩定，適合工業化生產，其儲能特性優良，基于電滯回線計算的儲能密度在0.961～1.403J/cm³之間，儲能效率在84.77～91.63％之間。

【技術領域】

本發明涉及儲能電容器用介質材料技術領域，具體是一種鈦酸鍶基無鉛高儲能密度高儲能效率陶瓷材料及其制備方法。

【背景技術】

隨著信息技術的不斷發展，器件的小型化、多功能化，高儲能密度、高儲能效率陶瓷是制作小型、大容量、高效率電容器的關鍵材料。由于高儲能密度陶瓷電容器具有儲能密度高、充放電速度快、抗循環老化、機械強度高、適用于高溫高壓等極端環境和性能穩定等優點，符合新能源開發和利用的要求，廣泛的應用于通訊、電腦、汽車、電子電路設備以及軍工等現代眾多領域。但是，目前現有的儲能介質材料存在儲能密度和儲能效率低、放電電流小、壽命短、含有對人體健康不利以及污染環境的鉛等問題，難以滿足當代社會發展的需求。因此，對于開發具有高儲能密度和高儲能效率的無鉛陶瓷電介質材料是提高電容器儲能特性的關鍵。

作為儲能電容器的介質材料主要有線性陶瓷、鐵電陶瓷和反鐵電陶瓷。目前，在儲能方面應用的線性陶瓷體系主要有TiO₂基陶瓷；鐵電體陶瓷體系主要有SrTiO₃、BaTiO₃基陶瓷；而反鐵電體陶瓷體系主要有PbZrO₃基陶瓷，但是占據大比重的鉛存在較大的毒性，并會對人體和環境造成嚴重的污染。

由于儲能陶瓷的性能主要取決于其介電常數和絕緣性能兩個因素，并且陶瓷介質儲能特性與介質的介電常數和工作場強平方的乘積具有正比例關系。SrTiO₃陶瓷是一種優良的電介質材料，具有較高的介電常數、低介電損耗溫度穩定性好和擊穿場強高，但是SrTiO₃陶瓷的飽和極化強度較小，儲能密度較低，從而限制了其在實際生產中的應用。因此，要拓寬SrTiO₃陶瓷介質在儲能領域的應用，需要對其進行改性，在保持其高擊穿場強和低損耗的同時最大限度提高其介電常數和極化強度，從而提高儲能密度和儲能效率。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種鈦酸鍶基無鉛高儲能密度高儲能效率陶瓷材料及其制備方法，這種陶瓷材料儲能密度和儲能效率優異，儲能密度可達1.403J/cm³，儲能效率可達91.63％，并且具有環境友好、實用性好等特性。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

其化學式為：(1-x)SrTiO₃-x(0.65BaTiO₃-0.35Bi_0.5Na_0.5TiO₃)，其中x為0.65BaTiO₃-0.35Bi_0.5Na_0.5TiO₃的摩爾百分數，且0.1≤x≤0.6。

進一步地，該陶瓷材料的平均晶粒尺寸為1.0～1.4μm，儲能密度在0.961～1.403J/cm³之間，儲能效率在84.77～91.63％之間。

本發明制備方法的技術方案是：包括以下步驟：