[发明专利]一种高储能密度钛酸钡复合电介质材料的制备方法

说明书

本发明属于新材料制备技术领域，公开了一种高储能密度钛酸钡复合电介质材料的制备方法，包括：利用甲苯分散巯基化碳材料、α烯烃磺酸盐和催化剂，氮气氛围下升温处理若干时间后离心处理；将离心物分散至蒸馏水体系中，高速搅拌条件下加入钡盐溶液，然后逐滴加入碳酸盐溶液并充分搅拌，经离心、干燥等步骤获得钛酸钡包覆碳材料的核壳结构；将获得的核壳结构和二氧化钛粒子混合，绝氧预烧结，冷却后研磨加入聚乙烯醇并压片，绝氧高温烧结成型。本发明同时发挥钛酸钡基体及导电逾渗体系电介质储能的功能，使制备的钛酸钡复合电介质材料具有超高储能密度、超快充放电速度及超大放电功率。

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及一种高储能密度钛酸钡复合电介质材料的制备方法。

背景技术

由于具有充放电速率快、放电功率高等特点，电介质储能材料已经广泛应用于现代电子及电能系统，如电动汽车、电力系统、激光武器等。线性电介质储能密度(U_e)可以根据关系式U_e＝1/2ε₀ε_rE_b²计算，其中ε₀、ε_r和E_b分别为真空介电常数、相对介电常数和击穿电压。可以发现，相对介电常数和击穿电压是电介质储能材料的关键参数。陶瓷电介质材料在制备高储能密度电容器方面有一定优势，但其击穿场强可改进的空间有限。因此，提高陶瓷电介质的介电常数将是改善其储能密度的一种方式。

钛酸钡具有价格低、易制备、机械性能高及热稳定性好等优点，是目前较为理想的电介质材料。虽然钛酸钡具有相对较高的介电常数，但是低击穿强度导致储能密度难以满足当前的应用要求。添加少量的碳材料(如炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯纳米片等)至钛酸钡基体即可获得高介电常数的复合电介质材料，尤其是在碳材料填充量接近逾渗值时，介电常数将陡增。不过，研究工作表明，碳材料易团聚，尤其是纳米尺度的碳材料，较难在钛酸钡基体中均匀分散，极易形成导电网络结构，从而使介电损耗提高，击穿强度下降。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中，钛酸钡基复合材料界面难以良好相容，导致介电损耗偏高，击穿强度可提升空间有限；

(2)现有技术中，钛酸钡基复合材料的介电常数偏低，储能密度不高，难以应用推广。

解决上述技术问题的难度和意义：

如何实现钛酸钡基复合材料介电常数极大提升同时不损害其击穿强度是现有技术的难点。

解决此技术问题一方面能为制备高储能密度电介质材料奠定基础；另一方面有助于进一步实现电子器件轻量化、小型化，推广钛酸钡介电材料的应用领域。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题，而提供一种高储能密度钛酸钡复合电介质材料的制备方法，为制备高储能密度电介质材料提供技术储备。

本发明自组装手段制备出一种以钛酸钡均匀包覆导电碳材料的新型陶瓷电介质材料。钛酸钡一方面发挥着高介电常数属性，更重要的是钛酸钡绝缘特性可以避免碳材料直接形成导电通路，为制备高储能密度电介质材料奠定基础。该制备方法操作简便、工艺稳定、成本低廉、材料结构可控，具有很好的应用价值。

本发明通过以下技术方案实现的，一种高储能密度钛酸钡复合电介质材料的制备方法，包括：

步骤1，600转/分钟转速的搅拌条件下将巯基化碳材料、α烯烃磺酸盐和催化剂分散至甲苯体系中，氮气氛围下升温处理若干时间后离心分离；

步骤2，将步骤1离心物分散至蒸馏水中，在高速搅拌下加入钡盐溶液，然后逐滴加入碳酸盐溶液并充分搅拌，经8000转/分钟离心、常温真空干燥等步骤获得钛酸钡包覆碳材料的核壳结构；