一种宽温稳定型储能陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种宽温稳定型储能陶瓷材料及其制备方法，本发明专利技术提供的宽温稳定型储能陶瓷材料，包括主晶相和改性剂，所述主晶相的化学通式为(1

【技术实现步骤摘要】
一种宽温稳定型储能陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料
，特别是涉及一种宽温稳定型储能陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源和新能源的快速发展，具有高能量密度、高功率和高效率的储能器件受到越来越多的关注。介质电容器作为脉冲功率系统的最佳储能器件，因其充放电速度快、功率密度高、循环寿命长等优点，在过去十年引起了广泛的研究关注。介质材料作为介质电容器的核心组件，直接决定了介质电容器的性能。在各种应用于介质电容器的材料中，储能陶瓷被认为是最具有前景的一种，因为其具有优异的化学稳定性、温度稳定性和抗老化能力。但是，储能陶瓷往往表现出较低的储能密度，不能满足小型化和轻量化的需求，严重限制了其进一步的应用。因此，提高储能介质材料的储能密度是现阶段介质储能领域的研究热点和难点。目前，Pb基反铁电陶瓷由于其独特的双电滞回线特征，而具有较高的储能密度，是一类非常有前景的储能陶瓷材料。但由于Pb的毒性可引起环境恶化以及对人类身体健康造成严重的危害，迫切需要开发具有高储能性能和快速充放电性能的环保型储能陶瓷材料。
[0003]BaTiO3作为最著名的具有ABO3型钙钛矿结构的无铅铁电材料之一，广泛应用于各种应用中，比如温度稳定型多层陶瓷电容器(MLCC)、压电陶瓷传感器、正温度系数(PTC)热敏电阻等。然而，纯BaTiO3由于极化反转引起的能量损失较大使得储能性能并不理想。在储能性能上，未改性的BaTiO3为典型的铁电体，具有饱和的电滞回线，也即其剩余极化和矫顽场都较大，加之其较小的禁带宽度(约3.2eV)，以及钛还原效应所产生的氧空位而导致击穿场强较低等因素，使得纯BaTiO3的能量密度处于较低的值(～0.4J/cm3)。此外，由于BaTiO3的居里温度位于125℃附近，造成介电常数在该温度附近产生突变，无法满足温度稳定型电容器的要求。
[0004]目前，针对上述问题，研究学者主要从结构和成分改性两个方面进行储能特性的提升。Liu等人利用ZnO，Al2O3和SiO2包覆BaTiO3陶瓷，将击穿场强提升至169kV/cm，对应的可释放能量密度提升至0.83J/cm3，但能量效率仅42％。Li等人通过Nd(Zn
1/2
Ti
1//2
)O3与BaTiO3固溶，以期改善BaTiO3基的储能性能，虽然剩余极化随着Nd(Zn
1/2
Ti
1//2
)O3的掺入而降低，获得了超过90％的能量效率，但最大极化也快速降低，从而使能量密度的提高并不明显，仍然只有0.62J/cm3。Li利用(Mg
1/3
Nb
2/3
)
4+
取代BaTiO3中的Ti位，破坏了长程铁电有序，形成弛豫铁电体，从而将击穿场强提升至158kV/cm，可释放能量密度达到1.07J/cm3。可以看出，虽然一定量的A，B位的取代可以使BaTiO3从铁电体转变至弛豫铁电体，但同时也使最大极化下降较快，从而储能密度较低。但现阶段关于BaTiO3基陶瓷报道的可释放能量密度仍处于相对较低的水平(0.6～2.0J/cm3)。此外，关于BaTiO3基储能性能的温度稳定性以及实际脉冲充放电性能的研究还比较欠缺。
[0005]鉴于此，有必要提出一种新的储能陶瓷材料，以更好地满足应用需求。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种宽温稳定型储能陶瓷材料及其制备方法，本专利技术制备方法简单、成本低廉，所得陶瓷材料具有高储能密度和高能量效率，同时介电常数也呈现出高温度稳定性，可更好地满足应用需求。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种宽温稳定型储能陶瓷材料，包括主晶相和改性剂，所述主晶相的化学通式为(1
‑
x)BaTiO3‑
x[ySr
0.7
Bi
0.2
TiO3‑
(1
‑
y)Bi(Mg
2/3
Nb
1/3
)O3]，其中0.1≤x≤0.4，0.5≤y≤0.95。
[0009]进一步地，所述改性剂选自MnO2、La2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3和SiO2中的任几种。
[0010]进一步地，所述改性剂由MnO2、La2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3和SiO2组成。
[0011]进一步地，所述改性剂中各组分占主晶相的质量分数分别为：
[0012]MnO2为0.01
‑
2wt％、La2O3为0
‑
1wt％、CeO2为0
‑
1wt％、Nd2O3为0
‑
1wt％、Sm2O3为0
‑
1wt％、SiO2为0.01
‑
2wt％。
[0013]上述的宽温稳定型储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0014]S1：将原料BaCO3、TiO2、SrCO3、Bi2O3、MgO和Nb2O5按照主晶相的化学通式的摩尔比进行称重配料，得到混合料；
[0015]S2：将混合料、球磨介质和溶剂置于球磨机中球磨4
‑
6小时，接着将球磨后得到的浆料在干燥箱中于80
‑
110℃烘干12
‑
24小时，然后过40
‑
120目筛网，得到混合物；
[0016]S3：将混合物放置于高温箱式炉中，于850
‑
1050℃下预烧4
‑
6小时，得到预烧粉体；
[0017]S4：将改性剂和预烧粉体放置于球磨机中，球磨4
‑
6小时，加入粘接剂进行造粒，得到造粒粉；
[0018]S5：将造粒粉干压成型，在1100
‑
1250℃下烧结1
‑
6小时，得到储能陶瓷材料。
[0019]进一步地，S2中，混合料、球磨介质和溶剂的质量比为1:5:1
‑
3。
[0020]进一步地，S2中，所述球磨介质为钇稳定锆球。
[0021]进一步地，S2中，所述溶剂为去离子水。
[0022]进一步地，S2和S4中使用的球磨机为行星球磨机。
[0023]进一步地，S4中，所述粘接剂为聚乙烯醇。
[0024]与现有技术对比，本专利技术的有益效果如下：
[0025]1、本专利技术提供的宽温稳定型储能陶瓷材料，包括主晶相和改性剂，所述主晶相的化学通式为(1
‑
x)BaTiO3‑
x[ySr
0.7
Bi
0.2
TiO3‑
(1
‑
y)Bi(Mg
2/3
Nb
1/3
)O3]，其中0.1≤x≤0.4，0.5≤y≤0.95，通过加入改性剂对主晶相进行改性，使其储能性能上实现了明显的提升，实现了高能量密度和高能量效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽温稳定型储能陶瓷材料，其特征在于，包括主晶相和改性剂，所述主晶相的化学通式为(1
‑
x)BaTiO3‑
x[ySr
0.7
Bi
0.2
TiO3‑
(1
‑
y)Bi(Mg
2/3
Nb
1/3
)O3]，其中0.1≤x≤0.4，0.5≤y≤0.95。2.根据权利要求1所述的一种宽温稳定型储能陶瓷材料，其特征在于，所述改性剂选自MnO2、La2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3和SiO2中的任几种。3.根据权利要求1所述的一种宽温稳定型储能陶瓷材料，其特征在于，所述改性剂由MnO2、La2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3和SiO2组成。4.根据权利要求2所述的一种宽温稳定型储能陶瓷材料，其特征在于，所述改性剂中各组分占主晶相的质量分数分别为：MnO2为0.01
‑
2wt％、La2O3为0
‑
1wt％、CeO2为0
‑
1wt％、Nd2O3为0
‑
1wt％、Sm2O3为0
‑
1wt％、SiO2为0.01
‑
2wt％。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的宽温稳定型储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将原料BaCO3、TiO2、SrCO3...

【专利技术属性】
技术研发人员：司峰，王秀红，
申请(专利权)人：摩比科技深圳有限公司摩比通讯技术吉安有限公司摩比科技西安有限公司深圳市晟煜智慧网络科技有限公司西安摩比天线技术工程有限公司，
类型：发明
国别省市：