[發(fā)明專利]具有高儲能密度和效率的鈦酸鉍鈉基電子陶瓷的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111217604B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴中華;謝景龍;樊星;劉衛(wèi)國
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發(fā)明公開了一種具有高儲能密度和效率的鈦酸鉍鈉基電子陶瓷的制備方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中鈦酸鉍鈉基儲能陶瓷能量存儲性能不佳的問題，制備的產(chǎn)品能量存儲密度以及效率高、電學(xué)穩(wěn)定性好。本發(fā)明的材料化學(xué)組成為(1?x)((Bi_0.5?yLa_yNa_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃)?xSr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃，其中x＝0.05?0.2，y＝0.03。該陶瓷的制備工藝簡單，可重復(fù)性高，對配方組分進(jìn)行化學(xué)比例的計算，稱量高純的原料粉末，經(jīng)球磨烘干、預(yù)燒結(jié)、造粒壓片、高溫?zé)Y(jié)，制得具有高儲能密度和效率的鈦酸鉍鈉基電子陶瓷。該鈦酸鉍鈉基電子陶瓷材料儲能密度最大值為1.83J/cm³，儲能效率為83％。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于功能陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電子陶瓷材料的制備方法，具體涉及一種具有高儲能密度和效率的鈦酸鉍鈉基電子陶瓷的制備方法。

背景技術(shù)：

儲能陶瓷電容器具有功率密度高、充放電速度快、抗循環(huán)老化、適用于高溫高壓等極端環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，符合新時期能源利用的要求，在電力電子系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。高儲能密度陶瓷電容器在電磁脈沖武器、電動汽車、手機(jī)等消費(fèi)電子、醫(yī)療器械等有廣泛的應(yīng)用，還可以用做粒子加速器的驅(qū)動元件，微波、激光、航天器等大功率發(fā)射裝置等，其市場需求量大、產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。世界各國元器件生產(chǎn)企業(yè)都在電子陶瓷及其元器件的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備方面投入巨資進(jìn)行研究開發(fā)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的加速發(fā)展對電子陶瓷材料提出來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也為這一領(lǐng)域的研究和發(fā)展創(chuàng)造了機(jī)會。

目前，儲能陶瓷材料的性能優(yōu)化主要是通過摻雜取代、固溶其他組元等方式改進(jìn)材料的化學(xué)組成而實(shí)現(xiàn)的。儲能電子陶瓷材料主要有鉛基(Pb-)、鈦酸鉍鈉基(BNT-)、鈦酸鋇基(BT-)、鐵酸鉍基(BF-)、鈮酸鉀鈉基(KNN-)、鈮酸銀基(AN-)等。

含鉛儲能電子陶瓷具有大的儲能密度(＞2J/cm³)，但儲能效率較低(＜70％)，并且含有毒重金屬鉛元素，危害人體健康。鈦酸鋇基的儲能陶瓷受限于其較低的極化強(qiáng)度，雖然可以實(shí)現(xiàn)大的能量存儲效率(＞85％)，但是儲能密度較低(＜1.5J/cm³)。鐵酸鉍基儲能陶瓷由于漏電導(dǎo)嚴(yán)重，擊穿電壓較低，因此儲能密度小于1J/cm³。鈮酸鉀鈉基的儲能陶瓷由于燒結(jié)溫度窗口窄，對制備條件的要求高，并且儲能效率低于65％，不適于工業(yè)生產(chǎn)。鈮酸銀基的儲能陶瓷原料需要氧化銀，成本較高，并且制得的反鐵電材料具有大的電致伸縮效應(yīng)，不利于在應(yīng)用在儲能元件之中。而鈦酸鉍鈉基儲能陶瓷，原料價格低，制備過程簡單，容易在高溫下燒結(jié)出致密的陶瓷結(jié)構(gòu)，并且有相對較高的極化強(qiáng)度，容易獲得較高的擊穿電壓，因此適合應(yīng)用于高功率的脈沖電子器件，具有較高的工程實(shí)用價值，但其能量存儲性能不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高電能存儲密度和效率的鈦酸鉍鈉基電子陶瓷的制備方法，其克服了現(xiàn)有技術(shù)中鈦酸鉍鈉基儲能陶瓷能量存儲性能不佳的問題；其制備方法操作簡單、重復(fù)性好；其制備的產(chǎn)品能量存儲密度以及效率高、電學(xué)穩(wěn)定性好。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種具有高儲能密度和效率的鈦酸鉍鈉基電子陶瓷，其特征在于，該鈦酸鉍鈉基電子陶瓷材料的化學(xué)組成為(1-x)((Bi_0.5-yLa_yNa_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃)-xSr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃，其中x和y表示陶瓷體系中的摩爾質(zhì)量，x為0.05-0.2，y為0.03。

具體包括以下步驟：