[发明专利]一种复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种复合陶瓷材料及其制备方法，该复合陶瓷材料由0.5（Bi_0.5Na_0.5）TiO₃‑0.5（Sr_0.7Bi_0.2）TiO₃粉体和氮化硼颗粒按照化学式0.5（Bi_0.5Na_0.5）TiO₃‑0.5（Sr_0.7Bi_0.2）TiO₃/BN所制成，所述0.5（Bi_0.5Na_0.5）TiO₃‑0.5（Sr_0.7Bi_0.2）TiO₃粉体是由Bi₂O₃、Na₂CO₃、SrCO₃、TiO₂根据化学式0.5（Bi_0.5Na_0.5）TiO₃‑0.5（Sr_0.7Bi_0.2）TiO₃进行配料后混合而成。本发明所制成的复合陶瓷材料兼具高储能密度和高储能效率，可用于制造大功率介电储能器件。

技术领域

本发明涉及电介质陶瓷材料领域，具体涉及一种复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

与超级电容器和锂离子电池相比，介电储能电容器具有超高的功率密度，非常快的充放电速率和长循环寿命。它们是重要的新型电力存储设备，在新能源汽车，智能电网和医疗设备中具有巨大的潜在应用。目前，商用脉冲储能电容器主要是聚丙烯(PP)，其可恢复的储能密度(W_rec)非常低(通常低于1J/cm³)。为了提高W_rec，近年来，研究人员开发了许多介电材料来代替PP，包括PVDF聚合物，玻璃陶瓷，铁电和反铁电陶瓷。尽管W_rec已得到改进，但能量存储效率仍然很低。如何设计高W_rec和高储能效率(η)的介质材料是迫切需要解决的关键问题。

传统的介电储能陶瓷多为铅基反铁电材料，而然由于含铅材料对环境的污染，对人体健康的危害，目前无铅化是介电储能陶瓷的发展方向。无铅介电陶瓷主要包括BaTiO₃、(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃、(K_0.5Na_0.5)NbO₃、AgNbO₃和NaNbO₃体系。其中，BaTiO₃基和NaNbO₃基陶瓷的W_rec低，(K_0.5Na_0.5)NbO₃基陶瓷的温度稳定性差，而AgNbO₃基陶瓷由于需要控制氧分压而工艺复杂且原材料成本高，这些问题严重限制了它们的使用。相反，基于(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃的弛豫铁电陶瓷具有更高的W_rec和η，更好的温度稳定性和简单的制备工艺，近年来引起了功能陶瓷领域研究人员的广泛关注。

最近，一些研究人员通过二元/三元固溶改性、细化晶粒和陶瓷-玻璃复合，提高了(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃基陶瓷的可释放储能密度和储存效率。然而，基于(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃的陶瓷的W_rec值仍然不够高(小于2.5J/cm³)，并且难以兼具高W_rec和大于85％的高η。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种兼具高储能密度和高储能效率的复合陶瓷材料及其制备方法。