[发明专利]一种电介质储能陶瓷粉末、制备方法及其在陶瓷膜中的应用

说明书

本发明属于铁电陶瓷储能技术领域，具体涉及一种电介质储能陶瓷粉末、制备方法及其在陶瓷膜中的应用。其技术要点如下：电介质储能陶瓷粉末的分子式为(Basubgt;1‑x‑0.02/subgt;Lasubgt;x/subgt;Lisubgt;0.02/subgt;)(Tisubgt;0.96/subgt;Mgsubgt;0.04/subgt;)Osubgt;3/subgt;，0＜x＜0.98。本发明提供的一种电介质储能陶瓷粉末、制备方法及其在陶瓷膜中的应用，能够低成本制备出1μm~300μm厚度电介质储能陶瓷膜，得到晶粒尺寸均匀结构致密的陶瓷厚膜，其介电损耗5%，表明陶瓷具有较小的漏电流，有效的避免了热击穿、本征击穿，同时，适当厚度厚膜有较大的绝对储能量。

技术领域

本发明属于铁电陶瓷储能技术领域，具体涉及一种电介质储能陶瓷粉末、制备方法及其在陶瓷膜中的应用。

背景技术

电介质储能陶瓷由于体积小、充放电速度快、功率密度大、循环寿命长等优点，在功率变换器、脉冲电子束和新能源汽车等领域得到广泛应用。

根据公式可知，极化强度差值和高击穿场强增大能够获得更高的储能密度。极化强度主要由材料组成决定，而击穿场强不但受材料组成和结构的影响，同时还受到制备工艺的影响。

本征击穿是表征击穿场强的主要手段，根据本征击穿公式可知，本征击穿的大小与陶瓷厚度成反比。即陶瓷的厚度越小，本征击穿场强越大，而块体陶瓷由于厚度过大，击穿场强较小，材料易被击碎且储能密度低。

但是陶瓷薄膜的耐腐蚀性和耐磨性能随着厚度减小而下降，这使得现有技术中的陶瓷薄膜材料难以在恶劣环境如高温、高压条件下工作。而在陶瓷薄膜使用过程中，散热速度较慢，导致陶瓷薄膜的漏电流过大甚至会发生热击穿。且现有技术中陶瓷薄膜的制备方法多为磁控溅射法、接枝法、均相沉淀法、浸渍-烧结法或溶胶-凝胶法等，存在经济成本高，制备工艺复杂和设备要求高等缺点。

有鉴于上述现有电介质储能陶瓷存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发出一种电介质储能陶瓷粉末、制备方法及其在陶瓷膜中的应用，制备一种陶瓷厚膜，介电损耗小，同时避免了热击穿、本征击穿的问题。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种电介质储能陶瓷粉末，通过在BaTiO₃引入Li⁺、Mg²⁺和La³⁺,有效提高材料的击穿场强，缩窄电滞回线，增大饱和极化强度，大幅提升BaTiO₃基陶瓷的储能性能；其次是提供了一种低成本制备陶瓷厚膜的方法，虽然陶瓷薄膜(小于1μm)可以获得高击穿场强，但是薄膜制备成本高、制备工艺复杂、耐磨及耐腐蚀性差，且陶瓷薄膜绝对存储能量偏低。通过本发明可以制备出厚度为1μm～300μm的电介质储能陶瓷厚膜，且制备的BaTiO₃基陶瓷膜击穿场强达到266kV/cm，大幅降低了陶瓷膜的制备成本，同时获得堪比陶瓷薄膜的击穿场强。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的电介质储能陶瓷粉末，其分子式为(Ba_1-x-0.02La_xLi_0.02)(Ti_0.96Mg_0.04)O₃，0＜x＜0.98。