[發(fā)明專利]一種無鉛高儲能密度陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710093718.3
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106915964B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊海波;閆非;林營;高淑雅;朱建鋒;王芬
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: H01G4/12
• 分類號: H01G4/12;C04B35/49;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

一種無鉛高儲能密度陶瓷材料及其制備方法，首先按照化學(xué)式(1?x)Bi_0.48La_0.02Na_0.48Li_0.02Ti_0.98Zr_0.02O₃?xNa_0.73Bi_0.09NbO₃進(jìn)行配料，其中x表示摩爾分?jǐn)?shù)，且0.06≤x≤0.12；經(jīng)球磨、干燥后獲得粉體；將獲得的粉體加入粘合劑造粒，陳腐24～48小時后，壓制成片，排膠處理后在1100～1200℃下燒結(jié)，即可得到無鉛高儲能密度陶瓷材料。本發(fā)明的陶瓷材料制備工藝簡單、穩(wěn)定，適合工業(yè)化生產(chǎn)，其儲能特性優(yōu)良。基于電滯回線計算，該陶瓷材料在室溫下的儲能密度可達(dá)2J/cm³以上；在90℃和140kV/cm的電場下，儲能密度可達(dá)1.66J/cm³。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于儲能陶瓷領(lǐng)域，具體是一種無鉛高儲能密度陶瓷材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】

近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，高儲能密度介質(zhì)材料是制作小型、大容量、高效率電容器的關(guān)鍵材料，在各種電子、電力系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。由于高儲能密度陶瓷介質(zhì)電容器材料具有儲能密度高、充放電速度快、抗循環(huán)老化、機(jī)械強(qiáng)度高、適用于高溫高壓等極端環(huán)境和性能穩(wěn)定等優(yōu)點，符合新能源開發(fā)和利用的要求，廣泛的應(yīng)用于通訊、電腦、汽車、電子電路設(shè)備以及軍工等現(xiàn)代眾多領(lǐng)域。

目前現(xiàn)有的高儲能密度介質(zhì)材料主要有四類。第一類為反鐵電材料，這類材料具有較高的極化強(qiáng)度和擊穿電場。但是大多數(shù)反鐵電材料含有鉛，占據(jù)大比重的鉛存在較大的毒性，會對人體和環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，人們正致力于無鉛化。第二類為有機(jī)薄膜，如聚偏氟乙烯(PVDF)膜、聚丙乙烯膜、聚酯薄膜等，其具有非常高的擊穿場強(qiáng)，但是介電常數(shù)非常小，使用溫度比較低，導(dǎo)致其使用范圍嚴(yán)重受限。第三類為陶瓷與玻璃或陶瓷與聚合物形成的復(fù)合電介質(zhì)材料，這類材料具有較高的擊穿電場，但是批量化生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟。第四類為鈦酸鋇和鈦酸鉍鈉等鐵電陶瓷材料，這類材料具有較高的介電常數(shù)，較低的介電損耗，相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)非常成熟，但是儲能密度通常情況下小于1J/cm³、儲能密度的溫度穩(wěn)定性不好，并且介電常數(shù)隨溫度和頻率的變化不穩(wěn)定。因此，有效地提高儲能陶瓷材料的儲能密度和儲能密度的溫度穩(wěn)定性以及介電常數(shù)的溫度和頻率穩(wěn)定性成為現(xiàn)階段的熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種無鉛高儲能密度陶瓷材料及其制備方法，這種陶瓷材料的儲能密度和儲能密度的溫度穩(wěn)定性以及介電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性優(yōu)異，并且具有環(huán)境友好、實用性高等特性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：該無鉛高儲能密度陶瓷材料的化學(xué)式為：(1-x)Bi_0.48La_0.02Na_0.48Li_0.02Ti_0.98Zr_0.02O₃-xNa_0.73Bi_0.09NbO₃，其中x為Na_0.73Bi_0.09NbO₃的摩爾分?jǐn)?shù)，且0.06≤x≤0.12。

進(jìn)一步地，該陶瓷材料在室溫下，儲能密度在1.30～2.04J/cm³之間；在90℃下，儲能密度在1.06～1.66J/cm³之間。

本發(fā)明制備方法的技術(shù)方案是：包括以下步驟：