[發明專利]一種用于中溫燒結的鍶鉍鈦基儲能介質材料及制備方法

有效

• 申請號: 201910332237.2
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN109970446B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 楊魁勇;程華容;齊世順;宋蓓蓓
• 申請（專利權）人: 北京元六鴻遠電子科技股份有限公司
• 主分類號: C04B35/47
• 分類號: C04B35/47;C04B35/622;C04B35/63;H01G4/12
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 姚瑤

本發明公開了一種用于中溫燒結的鍶鉍鈦基儲能介質材料及制備方法，包括基料、改性劑和燒結助劑；基料為SrO?xBi₂O₃?(1+3x)TiO₂，0.04≤x≤0.11；改性劑包括MnCO₃、Mg(OH)₂、Co₂O₃，以及SrZrO₃、CeO₂和Y₂O₃中的一種或一種以上；燒結助劑包括H₃BO₃、ZnO、CaCO₃和SiO₂中的兩種或兩種以上。本發明采用固相法制備出SrO?xBi₂O₃?(1+3x)TiO₂基料，通過添加改性劑和燒結助劑獲得一種具有較高的介電常數、擊穿強度和絕緣電阻率，較低的損耗和燒結溫度，以及溫度系數穩定且可調的儲能介質材料。

技術領域

本發明涉及電子信息材料與元器件技術領域，尤其涉及一種用于中溫燒結的鍶鉍鈦基儲能介質材料及制備方法。

背景技術

儲能電容器在混合動力汽車、脈沖功率電源、雷達和航空航天等領域具有廣闊的應用。隨著技術的發展，儲能電容器主要朝著小型化、輕量化、高耐壓、高可靠以及高儲能的方向發展。為了滿足儲能電容器的發展趨勢，主要采取的措施：(1)優化電容器結構，采用多層瓷介電容器結構；(2)改進介質材料性能，如提高介電常數、提高擊穿強度和降低損耗。目前，由于設備和工藝水平的限制，很難使多層瓷介電容器結構得到進一步提高。而開發高介電常數、高擊穿強度和低損耗的介質材料是一條能夠滿足儲能電容器發展且行之有效的路徑。

目前，常用于生產儲能電容器的介質材料有：鈦酸鋇系、反鐵電介質陶瓷、二氧化鈦系和鈦酸鍶系。其中，鈦酸鋇系陶瓷具有介電常數高的優點，但其介電損耗偏大(1％～2％)、擊穿電壓低(100kV/cm)以及其存在電致伸縮現象，鈦酸鋇體系陶瓷的這些特征降低了儲能電容器的儲能密度和充放電過程的可靠性；反鐵電介質陶瓷主要是鋯鈦酸鉛體系，具有介電常數高、施加電壓后介電常數升高等優點，但其為含鉛材料，生產和使用過程中會造成環境污染，隨著對含鉛材料的限用或禁用相關法規的實施，該體系難以得到廣泛的應用；二氧化鈦系具有擊穿電壓高(≈350kV/cm)、介電損耗低(≈0.05％)等優點，但介電常數低(≈110)難以生產高儲能密度的電容器；鈦酸鍶系具有相對較高的介電常數(≈250)、高頻損耗低、高擊穿強度等優點，此外，鈦酸鍶常溫下為順電體結構，施加一定的外電場不會引起電疇轉動，從而提高電容器的可靠性和使用壽命。

但是對儲能材料而言，需要更高的介電常數來提升材料體系的儲能密度，通常會采用摻雜改性的方式來實現。通常會采用摻雜改性的方式來實現。鈦酸鍶中摻雜鉍鈦化合物(簡稱為鍶鉍鈦材料)的優點，主要是提高材料體系的介電常數和絕緣電阻且保持很低的介電損耗，主要是因為Sr²⁺和Bi³⁺的離子半徑接近、添加鉍可以進入鍶位形成固溶體且仍保持鈣鈦礦結構；又因為Sr²⁺和Bi³⁺兩種離子的不等價置換，由于要保持電中性而形成了離子空位，這些空位使晶格結構松弛，離子的松弛極化大大提高了材料的介電常數。

發明內容

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種用于中溫燒結的鍶鉍鈦基儲能介質材料及制備方法，具有高介電常數、擊穿強度和絕緣電阻率，較低的損耗和燒結溫度，以及溫度系數穩定且可調的特點。

為實現上述目的，本發明提供一種用于中溫燒結的鍶鉍鈦基儲能介質材料，包括基料、改性劑和燒結助劑；

所述基料為SrO-xBi₂O₃-(1+3x)TiO₂，0.04≤x≤0.11；