[发明专利]一种二氧化锡掺杂ST基储能材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化锡掺杂ST基储能材料及其制备方法，首先按照摩尔比分别称量相应质量的原料得到混合物，并将此混合物进行球磨、烘干、压块后，形成全配料，然后将全配料依次进行造粒和过筛，形成造粒料；其次将造粒料压制成试样，并将制好的试样进行烧结得到烧结试样；最后打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极的试样进行烧结得到二氧化锡掺杂ST基储能材料。利用本发明的方法得到的陶瓷储能材料不但具有高的击穿场强，高的储能密度，而且制备工艺简单，材料成本低，绿色环保，成为替代铅基陶瓷材料用作高端工业应用材料在技术和经济上兼优的重要候选材料。

技术领域

本发明涉及陶瓷电容器材料领域，具体涉及一种二氧化锡掺杂ST基储能材料及其制备方法。

背景技术

介电电容器由于其快的充电速度和大的充放电次数，其功率密度高于其他储能装置(如：燃料电池，电池和超级电容器等)而在移动电子，电动车辆和脉冲功率技术等领域广泛应用。尽管陶瓷电介质电容器具有高介电常数，低介电损耗，低介电温度系数和优异的机械和热学性能，但由于其低的击穿强度(DBS)限制，块体材料的存储密度远低于薄/厚膜储能材料。然而，对于工业上的大规模生产来说，薄/厚膜储能材料的成本太高。因此，对于储能装置而言，提高陶瓷材料的储能密度是十分重要的。

近年来，基于SrTiO₃(ST)，Na_0.5Bi_0.5TiO₃(NBT)和BaTiO₃(BT)的系统已经被认为是潜在的电容基质材料，由于其各自的优点，提供了最大的范围用于提高储能性能。Wang[1]([1]Z.J.Wang,M.h.Cao,Z.h.Yao,et al.,Dielectric relaxation behavior and energystorage properties in SrTiO₃ceramics with trace amounts of ZrO₂additives,Ceram.Int.40(2014)14127-14132.)报道，添加0.4mol％ZrO₂的SrTiO₃陶瓷的能量密度为1.62J/cm³，击穿强度为289kV/cm。Wang[2]([2]C.Wang,X.J.Lou,T.D.Xia,et al.,Thedielectric,strain and energy storage density of BNT-BKH_xT_1-x piezoelectricceramics,Ceram.Int.43(2017)9253-9258.)报道，无铅0.8(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.2(Bi_0.5K_0.5)(Hf_xTi_1-x)O₃陶瓷在x＝0.03，电场强度为60kV/cm时的储能密度为0.51J/cm³。Li[3]([3]W.B.Li,D.Zhou,Bi.He,et al.,Structure and dielectric properties of Nd(Zn_1/2Ti_1/2)O₃-BaTiO₃ ceramics for energy storage applications,J.Alloys Compd.685(2016)418-422.)报道，发现0.08Nd(Zn_1/2Ti_1/2)O3-0.92BaTiO₃陶瓷样品在击穿电场强度为131kV/cm时，能量密度最高，为0.62J/cm³，充电效率为90％。但是，储能密度都没有被明显地提高。为了进一步提高其储能性能，必须将基于ST，NBT和/或BT的系统与ABO₃型铁电体和非铁电体结合起来形成固溶体，为了直接应用于较高能量存储设备，还需通过增加BDS或ABO₃结构中含有B位元素的组合物来有效地提高能量密度。