[发明专利]一种制作固态储能电容器的材料

说明书

技术领域

本发明属于电子功能材料技术领域，具体涉及一种制作固态储能电容器的材料。

背景技术

目前用于制作普通陶瓷电容器(圆板式，片式多层)的主要材料按温度特性分主要有：I类瓷SL，KL，COG和II类瓷X₇R，Y₅P，Y₅U和Y₅V等组别。以上各组别的电子陶瓷材料其性能参数仅仅符合一般常规陶瓷电容器所需要的四大参数(介电常数K、介质损耗、温度特性、耐压特性)要求，并存在一个共同的缺陷就是在正常工作温度范围(通常-25℃～+85℃)内其容量变化均呈现有升有降的特性，而且在施加电压后其电容量都会呈现较大幅度的下降。上述材料在温度上升或施加电压后容量下降的特性，使其根本不能作为制作固态储能电容器的材料。储能电容器是目前众多能量存储模块、脉冲光电、脉冲电源、勘探、引爆线路和点火系统所急需的核心元器件。已有储能电容器大多采用聚丙酯或云母电容器，不仅体积大，而且电气性能热分散性大，可靠性低。

发明内容

本发明提供一种制作固态储能电容器的材料，采用该材料制作的电容器能在较宽的工作温度范围之内(-55℃～+125℃)其电容量呈现较好的上升趋势且介电常数大于1500，而且在施加额定电压后其容量具有正的电压温度系数；特别是正的容量～温度特性曲线和正的容量～电压特性曲线的上升趋势基本一致，完全满足固态储能电容器对材料的要求。

本发明以氧化铅(Pb₃O₄)、氧化锆(ZrO₂)、氧化钛(TiO₂)为主料组成反铁电-铁电材料系统，并添加改性材料氧化镧(La₂O₃)、碳酸钡(BaCO₃)、氧化银(Ag₂O)、氧化铋(Bi₂O₃)使其结构处于反铁电-铁电互相转化的混合区域，进而将材料居里点调整到125℃以上，保证在-55℃～+125℃时(一般-25℃～+85℃)范围内随温度的上升容量保持较好上升趋势，而且材料的内部微观结构在施加电场后发生极化(相转变)，以保证在各温度点施加电压时容量保持上升。也就是说使其具备微观结构发生“相变”的特质，表现在材料电气性能上便是不施加电压时该材料呈反铁电性特性(由于居里点的位置关系决定了容量随温度一直上升的特性即正的容量温度特性)，施加电压后由于极化产生的相变(反铁电→铁电)使其具备了容量随施加电压而上升的特性(即正的容量～电压特性)。

具体的极化过程：未加电场时，该材料晶胞中具有大小相等方向相反的位移极化，总体自发宏观极化为零，呈现反铁电特性。加上电场后，则会导致极化偶极子的转向，使所有偶极子的方向都与施加电场的方向一致起来(电荷储存过程)，这时的晶体又变成了极化后的铁电体。这种相变就是外加电压后容量呈现上升的根本原因。

进一步考虑到批量生产的适用性因素(市场上容易采购且能批量供货，材料纯度和粒度分布容易控制)，其初始原材料均采用氧化物或碳酸盐的形式进行配料。

本发明所述材料由下述重量比的主料制成：

氧化铅(Pb₃O₄)    54.90～57.78％，

氧化锆(ZrO₂)     24.29～28.21％，

氧化钛(TiO₂)     5.62～8.86％，

氧化镧(La₂O₃)    4.68～5.52％，

碳酸钡(BaCO₃)    0～4.80％，

氧化银(Ag₂O)     0.67～0.71％，

氧化铋(Bi₂O₃)    0～1.43％。

所述材料中按0～1.5％的重量比添加辅料；所述辅料由下述重量比的原料制成：

氧化硼(B₂O₃)    4％，

氧化硅(SiO₂)    4％，

氧化铝(Al₂O₃)   1％，

氧化锌(ZnO)     5％，

氧化镉(CdO)     37％，