[发明专利]一种无铅高储能密度和高储能效率的陶瓷电介质及其制备方法

说明书

本发明属于储能陶瓷介质材料技术领域，提供了一种无铅高储能密度和高储能效率的陶瓷电介质及其制备方法，通过固相反应合成内层陶瓷粉体和外层陶瓷粉体，将粉体进一步制成陶瓷浆料，通过流延成型工艺获得相应的陶瓷膜，将得到的陶瓷膜在不同温度和压力条件下进行加压，最后经1050‑1200℃高温烧结得到具有层状三明治结构的无铅高储能密度和高储能效率的陶瓷电介质，其第一、第三电介质层具有高击穿场强，第二电介质层具有高极化强度；或第一、第三电介质层具有高极化强度，第二电介质层具有高击穿场强。本发明不含铅，制备过程简单、制备工艺稳定、适合工业化批量生产，且耐压特性优异、储能密度和效率高，同时兼具多种材料优异性能于一体。

技术领域

本发明属于储能陶瓷介质材料技术领域，具体涉及一种无铅高储能密度和高储能效率的陶瓷电介质及其制备方法。

背景技术

近年来，随着信息技术的快速发展，对材料性能的要求越来越高。陶瓷电介质电容器因其充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、工作温度范围宽、稳定性好等特点，在新能源电动汽车、激光武器、智能电网、电磁炮等众多领域中拥有广阔的应用前景。随着世界各国对电子元器件中含铅材料的限制，寻找和开发出可替代铅基材料的无铅陶瓷电介质电容器成为当前的研究热点。然而无铅陶瓷电介质的击穿电场强度和最大极化强度往往难以同时提高，导致大多数无铅陶瓷电容器的储能密度小(＜3J/cm³)、储能效率低(＜80％)，进而限制了无铅电子元器件面向小型化、集成化和高性能化的发展要求。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种无铅高储能密度和高储能效率的陶瓷电介质及其制备方法。

本发明提供了一种无铅高储能密度和高储能效率的陶瓷电介质的制备方法，包括如下步骤：步骤1，选用Bi₂O₃、BaCO₃、Na₂CO₃、TiO₂、SrCO₃、Al₂O₃和Nb₂O₅作为原料，按照化学式0.80Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.20SrNb_0.5Al_0.5O₃称取，制备得到BNTSNA陶瓷粉体；步骤2，选用Bi₂O₃、BaCO₃、Na₂CO₃和TiO₂作为原料，按照化学式0.94Bi_0.55Na_0.45TiO₃-0.06BaTiO₃称取，制备得到BNBT陶瓷粉体；或选用Bi₂O₃、Na₂CO₃、TiO₂和SrCO₃作为原料，按照化学式0.75Bi_0.52Na_0.48TiO₃-0.25SrTiO₃称取，制备得到BNST陶瓷粉体；步骤3，选用BNTSNA陶瓷粉体作为外层陶瓷粉体，选用BNBT陶瓷粉体或BNST陶瓷粉体作为内层陶瓷粉体；或选用BNTSNA陶瓷粉体作为内层陶瓷粉体，选用BNBT陶瓷粉体或BNST陶瓷粉体作为外层陶瓷粉体；步骤4，向外层陶瓷粉体中按照外层陶瓷粉体质量的50％-55％添加无水乙醇、90％-100％添加丁酮、3％-3.5％添加分散剂、9％-9.5％添加黏结剂、3％-3.5％添加邻苯二甲酸二丁酯、3％-3.5％添加聚乙二醇，制备外层陶瓷浆料；步骤5，向内层陶瓷粉体中按照内层陶瓷粉体质量的50％-55％添加无水乙醇、90％-100％添加丁酮、3％-3.5％添加分散剂、9％-9.5％添加黏结剂、3％-3.5％添加邻苯二甲酸二丁酯、3％-3.5％添加聚乙二醇，制备内层陶瓷浆料；步骤6，外层陶瓷浆料和内层陶瓷浆料分别通过流延成型工艺，制备成为外层陶瓷膜和内层陶瓷膜；步骤7，将两片外层陶瓷膜分别覆盖在内层陶瓷膜的上表面和下表面上，通过压制成型得到具有三明治结构的陶瓷生坯；步骤8，将陶瓷生坯排胶8h-10h，进行3h-4h的烧结，制备得到具有三明治结构的无铅高储能密度和高储能效率的陶瓷电介质。