[發明專利]一種無鉛高儲能密度和儲能效率陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710094049.1
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106915960B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 楊海波;閆非;林營;張佳豪;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;C04B35/468;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

一種無鉛高儲能密度和儲能效率陶瓷材料及其制備方法，首先按照化學式(1?x)(0.65BaTiO₃?0.35Bi_0.5Na_0.5TiO₃)?xNa_0.73Bi_0.09NbO₃進行配料，其中x表示摩爾分數，且0.04≤x≤0.10；經球磨、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1100～1150℃下保溫2～3小時燒結成瓷，即可得到無鉛高儲能密度和儲能效率陶瓷材料。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1.24～1.70J/cm³，儲能效率在76.95～85.73％。

【技術領域】

本發明屬于儲能陶瓷領域，具體是一種無鉛高儲能密度和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，高儲能密度介質材料是制作小型、大容量、高效率電容器的關鍵材料，在各種電子、電力系統中扮演著越來越重要的角色。與其他儲能裝置相比，儲能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。隨著應用需求的不斷發展，電容器逐漸向著高儲能、高效率、輕質量、低成本、高可靠性的方向發展。而儲能陶瓷電容器的研究主要是開發性能優異的電容器介質材料，這對應用于電容器的介質材料提出了越來越高的要求。

目前現有的高儲能密度介質材料主要有四類。第一類為反鐵電材料，這類材料具有較高的極化強度和擊穿電場。但是大多數反鐵電材料含有鉛，占據大比重的鉛存在較大的毒性，會對人體和環境造成嚴重的污染，因此，人們正致力于無鉛化。第二類為有機薄膜，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，但是介電常數非常小，使用溫度比較低，導致其使用范圍嚴重受限。第三類為陶瓷與玻璃或陶瓷與聚合物形成的復合電介質材料，這類材料具有較高的擊穿電場，但是批量化生產技術尚不成熟。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，較低的介電損耗，相關生產技術非常成熟，但是其儲能效率低、儲能密度通常情況下小于1J/cm³，難以滿足發展的需求，因此，有效地提高陶瓷介質材料的儲能密度和儲能效率成為現階段的熱點。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種無鉛高儲能密度和儲能效率陶瓷材料及其制備方法。這種陶瓷材料的儲能密度和儲能效率優異，儲能密度可達1.70J/cm³，儲能效率可達80％以上，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)(0.65BaTiO₃-0.35Bi_0.5Na_0.5TiO₃)-xNa_0.73Bi_0.09NbO₃，其中x為Na_0.73Bi_0.09NbO₃的摩爾分數，且0.04≤x≤0.10。

進一步地，該陶瓷材料的儲能密度在1.24～1.70J/cm³，儲能效率在76.95～85.73％。

本發明制備方法的技術方案是，包括以下步驟：