[发明专利]介电储能陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储电能的材料，尤其涉及一种介电储能陶瓷材料，本发明还公开了该材料的制备方法。

背景技术

近年来，对于高能量密度存储材料在电动汽车、移动电子设备及电力系统等的应用前景获得了很高的关注。其中一种重要的储能途径就是利用电介质的电容来充放电。利用电介质来储存电能相对于其它的储能方式有许多的优点如充放电速度快，放电的功率可以做得非常大，此外电能储存密度也非常大。

现有技术中，为了实现利用电介质材料来储存电能，已有各种材料，如专利号为ZL201110046717.6的中国发明专利《钛酸锶钡基储能介质陶瓷的制备方法》(授权公告号为CN102173789B)；又如申请号为201310262140.1的中国发明专利申请公开《一种铌酸锶钡基微晶玻璃电介质材料及其制备方法》(申请公布号为CN103342466A)等，上述这些专利中所使用的材料都为基于钛酸锶钡基材料，利用的是钛酸锶钡基材料的高介电常数。相对低电场，介电常数在高电场下比较小，从而导致电介质在高电场下的储能密度变得较小。也有采用以钛酸锶镁基材料的，如申请号为201210150158.8的中国发明专利申请公开《一种低介电损耗的储能介质陶瓷材料及其制备》(申请公布号为CN102674833A)。

铁电材料是一类非常重要的电介质材料，根据电滞回线(如图1所示)，要使得铁电电介质能够有大的储能密度，电介质需有大的击穿场强以及饱和极化强度。放电曲线和纵坐标极化强度所包围的面积就是这种电介质材料的储能密度(图1中的W₁)，充电和放电曲线所包围的面积就是充放电一次的能量损耗(图1中的W₂)。根据图1所示，为了提高铁电电介质材料的储能密度，电介质材料应当具有很小的剩余极化强度P_r,大的饱和极化强度P_s以及大的击穿场强。基于此，人们开发出了含铅的反铁电材料例如Pb(Zr,Sn,Ti)O₃(PZST),(Pb,La)(Zr,Ti)O₃(PLZT)和(Pb,La)ZrO₃(PLZ)，但铅基陶瓷对环境会造成很大的污染。无铅的Bi_0.5Na_0.5TiO₃材料在它的退极化温度(180℃)附近也有类似反铁电材料的双电滞回线，即剩余极化强度近似为零，但是Bi_0.5Na_0.5TiO₃材料在室温有很大的极化强度，达到～40μC/cm²，这意味着Bi_0.5Na_0.5TiO₃在介电储能方面存在巨大的潜在应用。

但是纯的Bi_0.5Na_0.5TiO₃材料的剩余极化强度和饱和极化强度接近，根据图1所示，计算出来的储能密度W₁较小，应用价值较弱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种高的储能密度的介电储能陶瓷材料。

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种高的储能密度的介电储能陶瓷材料制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种介电储能陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料组分包含两相固溶体：第一相为(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃，第二相为K_0.47Na_0.47Li_0.06NbO₃，其化学式为(1-x)(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-x K_0.47Na_0.47Li_0.06NbO₃，其中，前述的x满足：0.06≤x≤0.12。

作为最佳，所述的x＝0.1。