[发明专利]一种弛豫细晶高储能陶瓷材料、粉体及其制备方法

说明书

本发明涉及电子陶瓷电容器材料技术领域，具体公开了一种弛豫细晶高储能陶瓷材料、粉体及其制备方法；其陶瓷材料的化学式满足通式Ba_1‑xSr_xZr_yTi_1‑yO₃+(aMgO‑bAl₂O₃)+c(ZnO‑B₂O₃‑SiO₂)，其中，0.2≤x≤0.8，0.1≤y≤0.5，a＝0.001～6.0mol％，b＝0.001～5.0mol％，c＝0.001～10.0wt％；本发明所制得的陶瓷材料为包含三层结构的Ba_1‑xSr_xZr_yTi_1‑yO₃@aMgO‑bAl₂O₃@c(ZnO‑B₂O₃‑SiO₂)，依次最内层为Ba_1‑xSr_xZr_yTi_1‑yO₃，中间层为aMgO‑bAl₂O₃，最外层为ZnO‑B₂O₃‑SiO₂。本发明制得的陶瓷材料Ba_1‑xSr_xZr_yTi_1‑yO₃粉体分散性良好，Ba_1‑xSr_xZr_yTi_1‑yO₃的粒径控制在50～500nm，MgO‑Al₂O₃的厚度控制在5～15nm，ZnO‑B₂O₃‑SiO₂的厚度控制在10～30nm，且耐压强度达到28.08kV/mm，放电储能密度达到0.91J/cm³，储能效率达到72.8％，适用于生产大容量、薄介电层的多层储能陶瓷电容器。

技术领域

本发明涉及电子陶瓷电容器材料技术领域，具体公开了一种弛豫细晶高储能陶瓷材料、粉体及其制备方法；

背景技术

近年来，由于新技术的发展和新应用的要求，高储能、小型化、轻质量、低成本和高可靠性的高储能密度电容器得到越来越广泛的研究。与普通电池及电化学电容器相比，陶瓷储能电容器在比能量密度、比功率密度、循环寿命、充电时间上都有巨大的优势，从而成为各方关注的焦点。

陶瓷储能电容器用介质材料主要有具有常数介电常数的线性电介质、具有自发极化的铁电体、具有零剩余极化的反铁电体以及具有纳米畴的弛豫铁电体。虽然线性电介质通常具有较高的耐压强度和较低的能量损耗，但它们较小的极化值(介电常数)使得它们不适合应用于高储能。铁电体通常具有较大的饱和极化，中等强度的耐压性，但是其较大的剩余极化致使其储能密度和储能效率都较低，反铁电体具有零剩余极化强度以及双电滞回线而具有较高的储能密度，但性能优异的反铁电体多含铅，从而对环境污染较大。

相比之下，弛豫铁电陶瓷由于其较高的饱和极化强度、较低的剩余极化强度以及较细的电滞回线，被认为是储能陶瓷电容器最有潜质的一类介质材料。Ba_1-xSr_xTi_1-yZr_yO₃铁电陶瓷具有良好的弛豫特性，不含铅，作为储能材料在较宽的温度和频率范围内表现出较高的电性能。

高储能密度材料的应用使得人们越来越关注耐压强度的提高，而耐压强度是提高材料储能密度的关键因素。因此，储能陶瓷大量的研究报道都是关于耐压强度。研究发现，耐压强度受到诸多因素的影响，如第二相(例如MgO、Al₂O₃、ZnO等)、气孔性、晶粒尺寸、结构以及缺陷。