[发明专利]一种无铅高储能密度和储能效率陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种无铅高储能密度和储能效率陶瓷材料及其制备方法，首先按照化学式(1‑x)(0.65BaTiO₃‑0.35Bi_0.5Na_0.5TiO₃)‑xNa_0.73Bi_0.09NbO₃进行配料，其中x表示摩尔分数，且0.04≤x≤0.10；经球磨、干燥后获得粉体；将获得的粉体加入粘合剂造粒，陈腐24～48小时后，压制成片，排胶处理后在1100～1150℃下保温2～3小时烧结成瓷，即可得到无铅高储能密度和储能效率陶瓷材料。本发明的陶瓷材料制备工艺简单、稳定，适合工业化生产，其储能特性优良，基于电滞回线计算的储能密度在1.24～1.70J/cm³，储能效率在76.95～85.73％。

【技术领域】

本发明属于储能陶瓷领域，具体是一种无铅高储能密度和储能效率陶瓷材料及其制备方法。

【背景技术】

随着信息技术的不断发展，高储能密度介质材料是制作小型、大容量、高效率电容器的关键材料，在各种电子、电力系统中扮演着越来越重要的角色。与其他储能装置相比，储能陶瓷电容器具有储能密度高、充放电速度快、抗循环老化、机械强度高、适用于高温高压等极端环境和性能稳定等优点，符合新能源开发和利用的要求，广泛的应用于通讯、电脑、汽车、电子电路设备以及军工等现代众多领域。随着应用需求的不断发展，电容器逐渐向着高储能、高效率、轻质量、低成本、高可靠性的方向发展。而储能陶瓷电容器的研究主要是开发性能优异的电容器介质材料，这对应用于电容器的介质材料提出了越来越高的要求。

目前现有的高储能密度介质材料主要有四类。第一类为反铁电材料，这类材料具有较高的极化强度和击穿电场。但是大多数反铁电材料含有铅，占据大比重的铅存在较大的毒性，会对人体和环境造成严重的污染，因此，人们正致力于无铅化。第二类为有机薄膜，如聚偏氟乙烯(PVDF)膜、聚丙乙烯膜、聚酯薄膜等，其具有非常高的击穿场强，但是介电常数非常小，使用温度比较低，导致其使用范围严重受限。第三类为陶瓷与玻璃或陶瓷与聚合物形成的复合电介质材料，这类材料具有较高的击穿电场，但是批量化生产技术尚不成熟。第四类为钛酸钡和钛酸铋钠等铁电陶瓷材料，这类材料具有较高的介电常数，较低的介电损耗，相关生产技术非常成熟，但是其储能效率低、储能密度通常情况下小于1J/cm³，难以满足发展的需求，因此，有效地提高陶瓷介质材料的储能密度和储能效率成为现阶段的热点。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种无铅高储能密度和储能效率陶瓷材料及其制备方法。这种陶瓷材料的储能密度和储能效率优异，储能密度可达1.70J/cm³，储能效率可达80％以上，并且具有环境友好、实用性好等特性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

其化学式为：(1-x)(0.65BaTiO₃-0.35Bi_0.5Na_0.5TiO₃)-xNa_0.73Bi_0.09NbO₃，其中x为Na_0.73Bi_0.09NbO₃的摩尔分数，且0.04≤x≤0.10。

进一步地，该陶瓷材料的储能密度在1.24～1.70J/cm³，储能效率在76.95～85.73％。

本发明制备方法的技术方案是，包括以下步骤：