[发明专利]一种二氧化锡掺杂钛酸钡基高储能密度陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种SnO₂掺杂钛酸钡基高储能密度陶瓷材料及其制备方法，首先按照化学式(1‑x)(Ba_0.65(Bi_0.5Na_0.5)_0.35TiO₃‑SrY_0.5Nb_0.5O₃)‑xSnO₂进行配料，其中0.05≤x≤0.20；经球磨、干燥、压块后预烧，再粉碎、球磨，获得原料粉体；原料粉体压制成型，于1150～1250℃下烧结成瓷，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2.94J/cm³。

技术领域

本发明属于储能陶瓷领域，具体是一种SnO₂掺杂钛酸钡基高储能密度陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

众所周知，全球能源危机以及化石能源污染进一步促进了人们对可再生能源的开发和研究，同时也大大促进了能量存储技术的繁荣发展。在新型能源的开发以及应用的过程中，超级电容器、电介质电容器以及电池三大类储能器件由于其各自独特的储能特性而得到了广泛的研究。其中，电介质电容器在功率、储能密度和循环寿命等方面相比于锂电池、超级电容器等传统储能设备有着巨大的优势。目前，高储能电容器主要有三种类型：聚合物基电容器、陶瓷-聚合物基电容器和陶瓷电容器。由于聚合物和聚合物基复合材料容易受热变形(150℃左右)而影响其性能。所以，陶瓷电容器的使用范围更加广泛。

传统无铅储能陶瓷储能密度低而导致应用受到极大限制，这是由于陶瓷材料虽然具有高的介电常数，但由于其内部缺陷和晶界的影响，导致它的介电强度和击穿强度低，从而导致储能密度没有理论上的优异。

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SnO₂掺杂钛酸钡基高储能密度陶瓷材料及其制备方法，这种陶瓷材料具有高的击穿强度，使其储能密度和储能效率优异。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种SnO₂掺杂钛酸钡基高储能密度陶瓷材料，所述SnO₂掺杂钛酸钡基高储能密度陶瓷材料的化学式为：(1-x)(Ba_0.65(Bi_0.5Na_0.5)_0.35TiO₃-SrY_0.5Nb_0.5O₃)-xSnO₂，其中，0.05≤x≤0.20。

优选的，所述SnO₂掺杂钛酸钡基高储能密度陶瓷材料在室温下的储能密度为2.50～2.94J/cm³。

所述的SnO₂掺杂钛酸钡基高储能密度陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将SnO₂、Na₂CO₃、BaCO₃、Bi₂O₃、TiO₂、SrCO₃、Y₂O₃和Nb₂O₅混合均匀，压块，然后750～850℃煅烧，得到块状固体，再将块状固体粉碎过筛，得到预烧粉体；

(2)将预烧粉体球磨，得到原料粉体；

(3)将原料粉体压制成型，得到压制样品；

(4)将压制样品于1150～1250℃下烧结成瓷，得到无铅高储能密度陶瓷材料。