一种用于储能的陶瓷电容器介质材料及其制备方法和应用

本发明涉及电子材料与器件，尤其涉及一种用于储能的陶瓷电容器介质材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电容器作为电路系统的基本元器件，具有储存电荷、隔断直流、交流滤波、提供调谐及震荡等功能，是一类重要的无源电子器件。其中多层片式陶瓷电容器(mlcc)是近年来电容器中使用最广、用量最大的一类。由于其工作温度范围大、体积小、电容量范围广、易于片式组装等特性被广泛应用于自动控制、计算机、汽车电器等行业。根据国际电子工业协会eia(electronic industries association)标准，x8r型多层陶瓷电容器(mlcc)是指以25℃的电容值为基准，在温度从-55℃到+150℃的范围内，电容变化率(δc/c25)≤±15％。而x9r型多层陶瓷电容器(mlcc)是指同样以25℃的电容值为基准，在温度从-55℃到+200℃的范围内，电容变化率(δc/c25)≤±15％。

2、目前，温度稳定型mlcc在各种电子设备上已获得广泛应用。由于化石燃料的过度消耗，可持续能源的间歇性和随机性无法满足用电高峰，促使高效高性能的储能材料迅速发展，与传统电池和超级电容器相比，陶瓷电容器具有高工作电压、超短充放电时间和机械/热耐力等特点，在电池和超级电容器等储能器件中脱颖而出。比较常见的有铅基弛豫铁电体系、钛酸钡基铁电体系等，但是铅基弛豫铁电体体系在生产和应用过程中会对人体和环境造成极大的危害，因此，研究无铅介电陶瓷系统具有重要价值和实际意义。

技术实现思路

1、为克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于储能的陶瓷电容器介质材料及其制备方法和应用，所述材料采用钨青铜结构，有助于拓展陶瓷电容器材料的结构类型，减少铅基陶瓷对人体和环境造成的危害。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种用于储能的陶瓷电容器介质材料，所述陶瓷电容器介质材料的化学式为sr1.85-2xba0.15+xsmxnamnxnb5-xo15，其中，x的取值为0.005、0.01、0.015或0.02。

4、可选地，所述陶瓷电容器介质材料的电容变化率≤±15％。

5、第二方面，本申请提供了上述用于储能的陶瓷电容器介质材料的制备方法，包括如下步骤：

6、(1)将含有srco3、baco3、sm2o3、na2co3、mno2、nb2o5的混合物，依次进行球磨、烘干，得样品ⅰ；

7、(2)将所述样品ⅰ压制成型，预烧，得样品ⅱ；

8、(3)将所述样品ⅱ研碎，然后依次进行球磨、烘干、压制、冷等静压成型、烧结，冷却至室温，得到所述用于储能的陶瓷电容器介质材料。

9、可选地，步骤(1)中，所述混合物中sr元素、ba元素、sm元素、na元素、mn元素、nb元素、o元素的摩尔比为(1.85-2x):(0.15+x):x:1:x:(5-x):15，其中，x的取值为0.005、0.01、0.015或0.02。

10、可选地，步骤(1)和步骤(3)中，所述球磨独立地以无水乙醇为球磨介质；

11、所述球磨的转速独立地为250～350r/min；

12、所述球磨的时间独立地为5～7h。

13、可选地，步骤(1)和步骤(3)中，所述烘干的温度独立地为100～150℃；

14、所述烘干的时间独立地为3～5h。

15、可选地，步骤(1)和步骤(3)中，所述烘干的温度独立地选自100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃中的任意值或上述任意两点间的范围值。

16、可选地，步骤(1)和步骤(3)中，所述烘干的时间独立地选自3h、3.5h、4h、4.5h、5h中的任意值或上述任意两点间的范围值。

17、可选地，步骤(2)中，所述预烧的温度为800～1200℃；

18、所述预烧的时间为3～5h。

19、可选地，步骤(2)中，所述预烧的温度独立地选自800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃中的任意值或上述任意两点间的范围值。

20、可选地，步骤(2)中，所述预烧的时间独立地选自3h、3.5h、4h、4.5h、5h中的任意值或上述任意两点间的范围值。

21、可选地，步骤(3)中，所述冷等静压成型的压强为150～250mpa。

22、可选地，步骤(3)中，所述冷等静压成型的压强独立地选自150mpa、180mpa、200mpa、220mpa、250mpa中的任意值或上述任意两点间的范围值。

23、可选地，步骤(3)中，所述烧结的温度为1230～1250℃；

24、所述烧结的时间为5～10h；

25、所述烧结过程中样品ⅱ的升温速率为4～6℃/min。

26、可选地，步骤(3)中，所述烧结的温度独立地选自1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、1250℃中的任意值或上述任意两点间的范围值。

27、可选地，步骤(3)中，所述烧结的时间独立地选自5h、6h、7h、8h、9h、10h中的任意值或上述任意两点间的范围值。

28、可选地，步骤(3)中，所述烧结过程中样品ⅱ的升温速率独立地选自4℃/min、4.5℃/min、5℃/min、5.5℃/min、6℃/min中的任意值或上述任意两点间的范围值。

29、第三方面，本申请提供了上述用于储能的陶瓷电容器介质材料在制备电容器中的应用。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

31、(1)本发明采用固相法制备介质材料，工艺简单、对环境无害，且所制得的用于储能的温度稳定型陶瓷型陶瓷电容器介质材料，sr1.84ba0.155sm0.005namn0.005nb4.995o15、sr1.83ba0.16sm0.01namn0.01nb4.99o15陶瓷电容器介质材料能够在-55～150℃的范围内满足(δc/c25)≤±15％，达到eia的x8r标准；sr1.82ba0.165sm0.015namn0.015nb4.985o15、sr1.81ba0.17sm0.02namn0.02nb4.98o15陶瓷电容器介质材料能够在-55～200℃的范围内满足(δc/c25)≤±15％，达到eia的x9r标准；经过铁电测试，发现四种组分的陶瓷都具有良好的储能性能。

32、(2)本发明所提供的陶瓷电容器介质材料温度稳定性好、储能性能优良、制备方法简单，具有良好的产业化前景和应用前景。

技术特征：

1.一种用于储能的陶瓷电容器介质材料，其特征在于，所述陶瓷电容器介质材料的化学式为sr1.85-2xba0.15+xsmxnamnxnb5-xo15，其中，x的取值为0.005、0.01、0.015或0.02。

2.根据权利要求1所述的用于储能的陶瓷电容器介质材料，其特征在于，所述陶瓷电容器介质材料的电容变化率≤±15％。

3.权利要求1或2所述的用于储能的陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的用于储能的陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合物中sr元素、ba元素、sm元素、na元素、mn元素、nb元素、o元素的摩尔比为(1.85-2x):(0.15+x):x:1:x:(5-x):15，其中，x的取值为0.005、0.01、0.015或0.02。

5.根据权利要求3所述的用于储能的陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(3)中，所述球磨独立地以无水乙醇为球磨介质；

6.根据权利要求3所述的用于储能的陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(3)中，所述烘干的温度独立地为100～150℃；

7.根据权利要求3所述的用于储能的陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述预烧的温度为800～1200℃；

8.根据权利要求3所述的用于储能的陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述冷等静压成型的压强为150～250mpa。

9.根据权利要求3所述的用于储能的陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烧结的温度为1230～1250℃；

10.权利要求1或2所述的用于储能的陶瓷电容器介质材料，或权利要求3～9任意一项所述的制备方法制备得到的用于储能的陶瓷电容器介质材料在制备电容器中的应用。

技术总结
本发明提供了一种用于储能的陶瓷电容器介质材料及其制备方法和应用，属于电子材料与器件技术领域。本发明提供的陶瓷电容器介质材料的化学式为Sr<subgt;1.85‑2x</subgt;Ba<subgt;0.15+x</subgt;Sm<subgt;x</subgt;NaMn<subgt;x</subgt;Nb<subgt;5‑x</subgt;O<subgt;15</subgt;，其中，x的取值为0.005、0.01、0.015或0.02。本发明所提供的陶瓷电容器介质材料温度稳定性好、储能性能优良、制备方法简单，具有良好的产业化前景和应用前景。

技术研发人员：胡长征,但粤军,吴莎,方亮
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22