[发明专利]一种无铅高储能密度陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种无铅高储能密度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)‑xSrY_0.5Nb_0.5O₃进行配料，其中x表示摩尔分数，且0.06≤x≤0.12；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1100～1200℃下烧结，即可得到无铅高储能密度陶瓷材料。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，该陶瓷材料在室温下的储能密度可达1.0J/cm³以上；且在152kV/cm的电场下，储能密度可达1.36J/cm³。

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陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着社会的不断进步和科技信息技术的不断发展，能源问题是当下全球面临的一个十分严重的问题，因而如何提高能源利用率和能源存储成为人们所关注的重点。先进储能材料的高速高效发展将大幅度提高终端能源利用效率。目前，主要的储能器件有传统电池，镍系列和锂系列电池、材料燃料电池，超级电容器和电介质电容器等等。现代电子技术要求电容器等器件自身重量愈来愈轻,体积愈来愈小,储能密度愈来愈大。因此鉴于高储能密度陶瓷介质电容器材料具有储能密度高、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，广泛应用于通讯、电脑、汽车、电子电路设备以及军工等众多领域。

目前现有的高储能密度陶瓷电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。AgNbO₃等反铁电材料由于高昂的成本难以推广，其他大多数反铁电材料含有铅元素，大量铅以及铅的氧化物存在会对人体和环境造成严重的污染，为此，目前人们为了保护环境正致力于无铅化。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，使用温度范围比较窄，导致其应用范围严重受限。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，但是储能密度通常情况下小于1J/cm³、储能密度的温度稳定性不好，并且介电常数随温度和频率的变化不稳定。因此，有效地提高储能材料的储能密度以及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陶瓷材料及其制备方法，这种陶瓷材料的具有良好储能性能，在室温下具有较高的介电常数以及较低的介电损耗，并且具有环境友好、实用性高等特性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种无铅高储能密度陶瓷材料的制备方法，将(1-x)(0.65BaTiO₃-0.35Bi_0.5Na_0.5TiO₃)-xSrY_0.5Nb_0.5O₃粉体进行预烧，然后球磨后加入粘合剂进行造粒，陈腐24～48小时后压片，再进行排胶处理，烧结成瓷，得到无铅高储能密度陶瓷材料；其中x表示摩尔分数，且0.06≤x≤0.12。