陶瓷储能电容器的关键技术1对钛酸钡粉体掺杂改性
掺杂钛酸钡粉体及陶瓷的制备和介电性能研究
ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ＸＲＤ，
ＳＥＭ ａｎｄ ＴＥＭ ｍｅｔｈｏｄｓ＋Ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．
Ｉｎ ｇｅｎｅｒａｌ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｗｏｒｋ ｉｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：
１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｇｉｅｓ ｏｆｂａｒｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ Ｔｈｅ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｂａｒｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓｏｌ－ｇｅｌ ｍｅｔｈｏｄ
ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｂａｒｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ．Ｓｏ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ Ｎｂ２０５，Ｃ０２０３，ＮｉＯ，
ｂａｒｉｕｍ Ｎｄ２０３ ａｎｄ Ｎｂ２０ｓ－Ｃ０２０３＊－Ｎｄ２０３ ｄｏｐｅｄ
ｔｉｔａｎａｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｅｒｅ
ｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓｏｌ—ｇｅｌ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ
ｃａｌｃｉｎｅｄ ａｔ ８００。Ｃ ｆｏｒ ２ｈ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｌｃｉｎｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，Ｔｉ／Ｂａ ｒａｔｉｏ，ｆｉｒｅｄ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ
钛酸锶钡铁电陶瓷材料掺杂改性研究进展探究
钛酸锶钡铁电陶瓷材料掺杂改性研究进展探究摘要：鉴于钛酸锶钡陶瓷材料较好的优势特征，所以在当今社会上具有广泛的应用，主要包括较高的介电常数以及介质的耗损较小等。
经对材料微观构成进行改变，能够于较宽范围之中实施材料的介电常数调节。
因此，在电容器、PTC 陶瓷以及动态随机存储器等内已经普遍的应用到此系列材料。
本文对不同掺杂物在BST材料中的应用和钛酸锶钡陶瓷发展情况进行了一个探究。
关键词：钛酸锶钡；铁电陶瓷材料；掺杂改性；电解质引言钛酸钡(BaTiO3)陶瓷是一种无铅型的高介电环境友好材料．稀土作为“现代化学工业维他命”，能移动钛酸钡的居里温度从而提高介电性能。
1.不同掺杂物在BST材料中的应用1.1B2O3在BST中的应用随着大规模集成电路的飞速发展，对动态随机存储器（DRAM）的存储性能要求在不断的提高。
由于BST薄膜具有介电常数高和热稳定性好，且居里温度可调等优点，被认为是最有发展前途的DRAM材料之一，引起了学界的广泛关注。
有研究指出掺杂B203掺杂Ba0.5Sr0.5TiO3陶瓷薄膜，发现当掺杂B2O3的物质的量分数为5%时，烧结温度比纯Ba0.5 Sr0.5 TiO3的烧结温度降低了100℃，并且，B2O3的添加改善了陶瓷的结构，细化了陶瓷晶粒，提高了陶瓷介质的绝缘电阻，减小了渗漏电流，降低了薄膜的表面粗糙度。
近年来，相关人员等在此基础上进行了更深入的研究，结果发现在BST薄膜中掺杂非金属氧化物B2O3可以显著降低材料的烧结温度，当B2O3的掺杂量小于5%时，渗漏电流随着掺杂量的增加而减小，当B 2O 3的掺杂量大于此数值时，则出现相反的变化关系。
有相关研究了B 2O 3在Ba 0.7 Sr 0.5 Ti O3铁电材料的掺杂改性作用，发现B 2O 3除了有效的降低材料的烧结温度、减小损耗、提高材料的高频稳定性外，并不改变材料的居里温度，是一种很有发展前途的LTCC 材料。
1.2 Bi 2O 3在BST 中的应用Bi 2O 3在BaTi03中的固熔度物质的量分数为5%左右，而在SrTiO 3中的固熔度则达10%。
钛酸锶钡(BST)材料及其应用
钛酸锶钡（BST）材料及其应用摘要钛酸锶钡（BST）是一种电子功能陶瓷材料，广泛应用于电子、机械和陶瓷工业。
本文对钛酸锶钡材料的组成、结构、性能、制备与应用等方面进行了一个比较全面的总结，重点展示了钛酸锶钡的铁电性、结构性能与掺杂改性，并详细介绍了钛酸锶钡薄膜和块体分别在微波移相器和高储能介电陶瓷中的应用。
1 BST的组成与结构钛酸锶钡与钛酸锶、钛酸钡在结构方面具有非常高的相似性，这预示着它们之间的性能必然有着很紧密的联系。
1.1 钛酸钡简介钛酸钡（BaTiO3）是一种强介电材料，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，被约2000）、非线誉为“电子陶瓷工业的支柱”。
钛酸钡的电容率大（常温下介电常数r性强（可调性高），但严重依赖于温度和频率。
钛酸钡是一致性熔融化合物（即熔化时所产生的液相与化合物组成相同），其熔点为1618℃，在整个温区范围内，钛酸钡共有五种晶体结构，即六方、立方、四方、正交、三方，随着温度的降低，晶体的对称性越来越低[1]。
在1460-1618℃结晶出来的钛酸钡属于非铁电的稳定六方晶系6/mmm点群；在1460-130℃之间钛酸钡转变为立方钙钛矿型结构，此时的钛酸钡晶体结构对称性极高，呈现顺电性（无偶极矩产生，无铁电性，也无压电性）；当温度下降到130℃时，钛酸钡发生一级顺电-铁电相变（即居里点T c=130℃），在130-5℃的温区内，钛酸钡为四方晶系4mm点群，具有显著的铁电性，其自发极化强度沿c轴[001]方向，晶胞沿着此方向变长；当温度从5℃下降到-90℃温区时，钛酸钡晶体转变成正交晶系mm2点群（通常采用单斜晶系的参数来描述此正交晶系的单胞，有利于从单胞中看出自发极化的情况），此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度沿着原立方晶胞的面对角线[011]方向；当温度继续下降到-90℃以下时，晶体由正交晶系转变为三方晶系3m点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度方向与原立方晶胞的体对角线[111]方向平行。
基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备
基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备知者问国瓷材料(300285) 高纯纳米钛酸钡可以用来做高性能储能材料。
请问公司下游客户中有做高性能储能产品的吗？应用面主要在哪些行业？2012年08月17日14:08国瓷材料答知者: 尊敬的投资者：您好！目前公司的主要客户主要是MLCC生产厂家。
关于高纯纳米钛酸钡用于储能材料方面的文章网上都有介绍如“基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备”等，请参考。
2012年08月17日16:47北京化工大学硕士学位论文基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备姓名:翟晓静专业:化学工程与技术,本研究从高介电性能材料BaTi03粉体的表面包覆入手,分别利用sol-gel法和沉淀法在纳米BaTi03表面包覆上一层氧化铝后,再利用s01.gel 法在其表面包覆一层钙镁硅铝酸盐玻璃(CaMgAl4Si8024),制成了具有双包覆层的"芯.壳结构材料。
系统地研究了包覆A1203的工艺参数,并对此双包覆层材料的电性能进行了研究。
根据热分析实验确定了双包覆层复合陶瓷的烧结温度为800℃,陶瓷的击穿场强最大可达2.8×106V//cm。
随着超级电容器在移动通讯航空航天和国防科技等领域的不断应用【l】,特别是环保汽车-电动汽车的出现,大功率的超级电容器更显示了其前所未有的应用前景。
其在纯动力车的应用在于,当汽车启动和爬坡时快速提供大电流和大功率电流,可减少电动汽车对蓄电池大电流放电的限制,大大延长电池的使用寿命,提高电动汽车的实用性。
由美国EEstor公司开发的新储能系统【2】成功应用在Texas公司的ZENN汽车中。
国家十五计划"863"电动汽车重大专项攻关中已将电动车用超级电容器的开发列入发展计划。
电子工业近几十年快速发展,原来单纯仅靠一种材料作为电容器介质的材料已表现出许多缺陷。
例如,单纯依靠具有高介电常数的陶瓷材料制作的电容器,尽管其电容值较高,但在使用过程中有致命的弱点就是陶瓷的脆性,受温差和机械作用等影响易于开裂;并且,从现代产品的制造工艺和成本等方面考虑,大多数陶瓷电容器需要在1000℃左右的高温下与丝网电极进行共烧,工艺复杂能耗大,柔韧性差,易开裂。
钛酸钡材料综述
钛酸钡材料综述1.引言钛酸钡铁电陶瓷是20世纪中叶发展起来的一种性能卓越的介电材料，即便其发展时间较短，但其具有卓越的压电性能、介电性能及热释电性等，使其一跃成为功能陶瓷领域内极为重要的组成部分，并且其作为电子陶瓷元器件的基础材料，推动了电子工业的发展。
近些年，全球电子工业发展迅速，其高性能、高精度、小型化的特点对主要原料提出了更高的要求，这无形中也对钛酸钡铁电陶瓷的发展也提出了较高要求[1]。
在实际生产中，要求钛酸钡铁电陶瓷粉体超细、超纯，并对主要原料掺杂改性技术方面不断完善。
2.钛酸钡铁电陶瓷的主要制备技术钛酸钡铁电陶瓷材料的常用制备方法有固相合成法、液相合成法两大类。
针对每个大类的合成方法下面还包含了诸多支路，其具体操作各具特色。
传统固相合成法是一种常用的合成方法，但是由于该方法年代久远，因此所制备的产物粉体纯净度较低，且回收颗粒物体积大、化学活性较差，所以当前工业上使用该方法生产钛酸钡粉效果较差。
尤其是在电子产业中，对元件性能要求高，需要可靠、固态化、多功能性、多层化等高要求的元件。
面对此趋势，经过改进后的液相合成法可以达到较好的效果，液相合成法包括凝胶法、化学沉淀法、水热合成法等。
由于这些方法合成温度要求低且其各组分是在分子水平合成的，所以该方法制备出来得纯钛酸钡粉产物具有结晶性好、组成均匀、粒径可控、无团聚、纯度极高等优势，可充分发挥元器件的电子性能。
以钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4(98．0％)、硝酸钡Ba(N03)：(99．5％)和草酸H2C204(99．5％)为初始原料，在微波温度为80℃，微波时间为10 min，煅烧温度为700℃和煅烧时间为1 h的条件下制备一定量晶粒尺寸在30—50 nm的BaTiO，纳米粉放入研钵中，用浓度5％作为粘合剂的PVA溶液制造颗粒，再用80～120目的筛子对颗粒进行筛选。
每次称取0．35 g左右的样品放入模具中，在10 MPa 的压力下对粉体进行干压成型，最后对瓷坯进行排胶、烧结等后续处理。
掺杂离子及掺杂工艺对钛酸钡性能的影响
Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm , Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm , Yb, Lu)离子均可对 BaTiO3进行掺杂 。由于对应离子电 价不等的原因 ,它们在 B aTiO3中的固溶极限较小 , 但对 B aTiO3性能的改善却十分显著 。大量研究表 明 : La, Nd, Sm , Eu 这 4 种元素的离子主要取代 A 位 ; Dy, Yb, Lu这 3种元素的离子主要取代 B 位 ;而 其它元素的离子则既有可能取代 A 位 ,也有可能取 代 B 位 [ 4 - 5 ] 。通过电价补偿 ,稀土元素离子对 A 位 的施主掺杂可以有效地使 B aTiO3半导化 。 Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm , Gd, Tb, Dy, Ho, Er可使 B aTiO3陶瓷 半导化 ; Lu元素可使 BaTiO3半导化 ,但电阻率很高 ; 而 Eu, Yb两种元素不能使 BaTiO3陶瓷半导化 ,而成
为绝缘体 [ 6 - 7 ] 。另外 ,在稀土元素掺杂的 B aTiO3陶 瓷中 ,再加入 Cu, M n元素 ,可以有效地增大电阻比
ρ m ax
ρ / [ 8 ] m in
。利用稀土元素离子使
B aTiO3半导化的
特性可将其制成 PTC热敏电阻陶瓷元件 ,在家用电
器 ,军用 、宇航用电子产品以及汽车制造业有着广泛
18
无机盐工业 第 37卷第 9期
B aTiO3基固溶体的居里峰显著向高温方向移动的同 时 ,介电常数也随之降低 。在 B aTiO3中掺入 Pb2 + , Pb2 +取代 A 位 ,由于 Pb2 + 的半径小于 B a2 + 的半径 , 活动空间相对较大 ,因此更容易沿晶轴迁移而形成 四方相晶核 ,使钛酸钡晶体按四方相方式生长 ,有利 于四方相钛酸钡的形成 。掺铅的钛酸钡更容易烧 结 ,烧结温度随铅掺入量的增加而降低 。但铅会对 环境造成污染 ,且对钛酸钡的介电性能造成不良影 响 ,因此很少单独使用 。 1. 3 Sr2 + , Zr4 +和 Sn4 +掺杂对 B aTiO3性能的影响
钛酸钡介电陶瓷制备方法及其掺杂改性研究进展
钛酸 钡具有 铁 电性能 ｌ ５ ］ 。
在不 同的温 度下 ， 钛 酸 钡 具 有 不 同 的 晶 型结 构 ， 纯 的钛
酸钡 （ Ｂ ａ Ｔｉ Ｏ 。 ） 的居里 点约 为 １ ２ ０℃ ， 此 时具有 最大 的介 电常 数， 约１ ４ ０ ０ 。但 是在 室温 下 Ｂ ａ Ｔｉ Ｏ。 介 电常数 较小 ， 大约 为居 里点 的 １ ／ ６ ， 这使 其应 用受 到 了极 大 的限制 。近 年来 ， 通过 在
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｎ ｅ ｗ ｄ ｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ，Ｂａ Ｔｉ Ｏａ ｈ ａ ｓ ａ ｈ ｉ ｇ ｈ ｄ ｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ，ｈ ｉ ｇ ｈ ｒ ｅ —
性 能， 可 以用 来制造光 电和介 电材料 。为 了提 高钛 酸钡在 室温下的介 电常数 使其 得到 广泛的应 用 ， 通常在钛 酸钡 中 加入 一些其 他物质对其进行改性研究 。在对钛酸钡材料 常用的制备 方 法介 绍的基础 上 ， 结合研 究 实际 ， 重点综述 了 其掺 杂改性 的研 究现状 。只有不断开发钛酸钡材料新 的制备 方 法并对其进行 改性研 究 ， 才能使 其性 能不 断提 高， 应
Ｄｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｃｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｊ Ｉ ＡＯ Ｇｅ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， Ｗｅ ｉ ｎ ａ ｎ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｗ ｅ ｉ ｎ ａ ｎ ７ １ ４ ０ ０ ０ ）
钛酸锶钡基复合陶瓷的储能性能及其改性研究
钛酸锶钡基复合陶瓷的储能性能及其改性探究关键词：钛酸锶钡基复合陶瓷；储能性能；氧化状态；掺杂离子；改性探究1.引言钛酸锶钡基复合陶瓷因其优异的介电性能和储能性能，成为了一种备受探究者关注的新型储能材料。
其具有高介电常数、低损耗、高比能量等优良特性，被广泛应用于电子元器件、储能电容器和高性能电磁波吸纳材料等领域。
在实现钛酸锶钡基复合陶瓷材料的性能优化和广泛应用之前，我们需要深度了解其制备、结构和性能之间的干系，以及影响储能性能的因素。
2.钛酸锶钡基复合陶瓷的制备与性质2.1 钛酸锶钡陶瓷的基本结构与性质钛酸锶钡陶瓷是由钛酸锶（SrTiO3）和钛酸钡（BaTiO3）两种单质混合形成的一种复相陶瓷材料。
其化学式为（1-x）BaTiO3-xSrTiO3。
在理论结构上，钛酸锶钡陶瓷由多个钛酸锶和钛酸钡单晶颗粒组成，形成了一个完整的二元体系。
钛酸锶钡陶瓷具有许多优良的物理特性，如高介电常数、低损耗、高比能量和良好的耐热性等。
2.2 钛酸锶钡基复合陶瓷的制备方法钛酸锶钡基复合陶瓷的制备方法有多种，其中包括传统的固相合成法、溶胶-凝胶法、水热法等。
目前，在详尽应用方面，通常使用的是固相合成法和溶胶-凝胶法。
2.3 影响钛酸锶钡基复合陶瓷储能性能的因素钛酸锶钡基复合陶瓷的储能性能受多种因素的共同影响，包括陶瓷材料的制备方法、化学组成、晶体结构、氧化状态以及掺杂离子等因素。
3.影响钛酸锶钡基复合陶瓷储能性能的因素3.1 氧化状态对钛酸锶钡基复合陶瓷储能性能的影响氧化状态是影响钛酸锶钡基复合陶瓷储能性能的重要因素，它可以改变晶体结构和材料的电学性质。
试验表明，当氧化状态较高时，钛酸锶钡基复合陶瓷具有更好的储能性能。
这是由于氧化状态的提高可以增强晶体的电学响应、提高介电常数和比能量，同时降低了材料的损耗。
3.2 掺杂离子对钛酸锶钡基复合陶瓷储能性能的影响掺杂离子是影响钛酸锶钡基复合陶瓷储能性能的另一重要因素。
添加适量的掺杂离子可以引起晶格畸变、提高空间电荷极化和介电响应，从而提高储能性能。
纳米钛酸钡在电子陶瓷材料中的性能和应用分析
纳米钛酸钡在电子陶瓷材料中的性能和应用分析【摘要】本文主要综述了纳米钛酸钡粉体的性能和国内外具有代表性的应用研究，在此基础上分析了目前存在的问题．并提出了研究展望。
【关键词】纳米钛酸钡；电子陶瓷材料；性能分析0 引言平均尺寸在100nm以下的晶体所构成的陶瓷材料被称之为纳米陶瓷。
早在1942年，陶瓷材料钛酸钡(BaTiO3，)被美、苏学者wainer和seljmon所发现以及其具有的特殊铁电性。
之后，国内外对于BaTiO3，的提取及应用极为关注，美国和日本一些发达国家都投入了大量的物力、财力及人力对其粉体进行研制，出色的纯度及细度使BaTiO3，成为纳米BaTiO3，技术经过改良与完善后使得传统材料的性能有了前所未有的提升。
本文主要论述纳米钛酸钡(BaTiO3，)粉体的性能以及应用，从而分析存在的问题和以后研究发展的展望。
1 纳米钛酸钡的性能和应用纳米BaTiO3不但是目前电子陶瓷材料中使用量最多也是最广泛的基础原料之一，它被人们誉为“电子陶瓷业的支柱”。
晶体陶瓷电容器、正温度系数热敏电阻、静电变压器、介质放大器、多层陶瓷电容器(MLCCS)、压电陶瓷、热电元件、红外辐射探测元件、声纳、电光显示板、存储器、半导体材料、变频器、记忆材料、聚合物基复合材料以及涂层等等都使用了纳米BaTiO，由此可见它在电子陶瓷材料中的地位。
1.1物理性BaTiO3又被称为偏钛酸铜钡，能被盐酸及浓硫酸、氢氟酸溶解，熔（1 625℃），密度（6.08g，cm3），相对分子质量（233.19）。
因钡钛含量的不同，又分为BaTi4O9、BaTi3O7，、BaTi2O5、BaTiO3、等化合物，BaTiO3的实用价值最大。
它有三方相、四方相、六方相、斜方相、和立方相等多方相，四方相晶体属最为常见。
BaTiO3晶体电介质含有高介电常数，能通过直流电场中发出极化效应。
居里相变温度达到120℃后从原来的立方相转变为四方相，晶体也随之具有压电性、铁电、电畴结构，晶体的电阻率在铁电变化温度点也就是居里点附近时，随温度升高出现阶层跳跃，这种现象就是PTC(Positive Temperature CoefficienEffect)效应。
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3.2控制粒径大小、粒径分布和组分及相的均一性
实践表明，紧靠钛酸钡的掺杂改性，是不能同时实现钛酸钡介 电常数和温度系数改善。根据晶粒的尺寸效应，随着晶粒尺寸[] 增大，钛酸钡的介电常数是先增大后减小的。实验表明，当钛酸 钡的粒径为1.116um时[4]，其介电常数最大。因此，在烧结过程中， 控制钛酸钡粒径大小是提高介电常数的一个重要途径。此外均匀、 的粒径分布、均匀的组成分布、均一的相结构和致密的结构也是 提高介电常数和改善温度系数的重要因素。 目前科研人员多采用溶胶-凝胶法来制备高纯度、亚微米级的 钛酸钡。
L/O/G/O
陶瓷储能电容器
天津大学 电子信息工程学院 王月
天津大学电子信息工程学院
摘要：陶瓷储能电容器由于具有比功率密度大、比能量 密度大、充放电时间短、循环寿命长、温度使用范围广 等优点，有可能成为新一代的储能装置，已成为各方关 注的焦点。本文将简单介绍陶瓷电容器的储能原理及极 化机制，从钛酸钡粉体的掺杂、粉体粒径、击穿电压三 Click to add title in here 方面分析了陶瓷储能电容器的关键技术。
图1.电极附近的空间电荷
实际上，晶界、相界、晶格缺陷等缺陷区都可以阻挡自由 离子的运动。因此，自由离子再外加电场的作用下聚集在缺 陷处，形成空间电荷（图2）。
该理论认为包裹氧化铝后 形成大量氧空位，氧空位 偏聚在钛酸钡和绝缘晶界 附近，导致空间电荷极化 加强，形成了晶界效应。
下表是目前市场上电动汽车的技术指标[1]：
从上表可以看出，这些传统电池都不能很好的达到电动汽车 的要求，于是人们开始寻找各方面性能都比较优异且价格适中 储能器件，而陶瓷电容器恰好具备满足电动汽车各项要求的性 能，成为科学研究的焦点。下表陶瓷储能电容器与电池性能比 较：
关键词：储能，关键技术，陶瓷电容器
1
引言 迫于石油资源与环保等方面的压力，近年各国都 在大力发展电动汽车，而电动汽车的技术核心就是动 力电池。作为电动汽车的动力电池，目前主要有锂电 池、镍氢电池、燃料电池和超级电容器。电动汽车对 电池的比功率密度、比能量密度、充放电时间、循环 寿命、价格以及安全性等方面都有较高的要求，但是 上述电池都有其自身的局限性。
图2.缺陷处聚集的空间电荷
2.2晶界层理论[2] 晶界层电容器（GBLC)是由高介电常数的晶粒相和高介电强度 的晶界相组成的“芯-壳”结构，如图3所示
图3.理想钛酸钡“芯-壳”结构
内部的晶粒呈半导体性，外部晶界具有绝缘性质，两个晶粒和其 间的绝缘境界相当于一个小电容，于是整个结构可以看成许多个 小电容并联和串联(图2)，使得整个晶界层电容器具有很高的介电 常数。
图4 “芯-壳”结构等效图
该理论认为在钛酸钡基陶瓷外面包裹特定的金属氧化物，然后 在进行热处理，该包裹物与钛酸钡形成低共熔相会沿着晶界出浸 入，所形成的结构恰为上面所谓的“芯-壳”结构。
3.陶瓷储能电容器的关键技术
3.1对钛酸钡粉体掺杂改性[3] 钛酸钡是典型的钙钛矿结构，其中Ba和O离子共同组成面心立方 点阵，每个Ba离子被与其相邻的12个O离子包围，钛离子则进入氧 八面体的空隙中，也可以看成大离子A（ABO3）位于角上，B离子位 于体心，O离子位于面心（图3）。
1.增大电容（C）
2.提高击穿电压
（V)
2.陶瓷储能电Βιβλιοθήκη 器极化机制目前对于陶瓷储能电器的极化机制，主要存在空间电荷极化 假说和晶界层理论假说。 2.1空间电荷极化 空间电荷极化一般存在不均匀的介质中，由于外加电场， 引起正负离子发生相对运动，介质内部个点离子浓度发生变化 产生电偶极子。聚集在电极附近的电荷就是空间电荷(图1）。
有人认为，认为包裹氧化铝后形成大量氧空位，氧空位偏聚 在钛酸钡和绝缘晶界附近，导致空间电荷极化加强，形成了晶 界效应。晶界层起到阻挡载流子的运动，同时调整核壳比，控 制晶界层厚度也能提高耐击穿强度，减小电容的非线性效应。 是否有晶界层电容存在仍处在探索阶段。
3.3提高陶瓷超级电容器的击穿电压强度
钛酸钡单晶的击穿电压强度可以达到3000KV/mm 以上。采用 高纯度的钛酸钡粉体，将提高击穿电压强度。对半导体化的钛 酸钡进行包裹，其目的就是提高击穿电压，从而达到提高电容 器储能的目的。此外,在烧结过程中，包裹物往往是以液相的形 式存在，这会降低烧结温度，提高陶瓷电容器的致密度，改善 样品的微观结构。
1.陶瓷储能电容器的原理
陶瓷电容器的储能分别与电容量和击穿电压成正比，其定义 式：
1 E CV 2 2
显然，要获得高储能只有两种途径： 由电容的定义可知，要增大电容的电 容量，最终主要是由介电常数决定的。 而提高击穿电压则是与其制作工艺密 切相关。
图5.钛酸钡的钙钛矿结构
在钛酸钡结构中，由于Ba离子的半径较大，这使由Ba离子和 O离子组成的面心立方结构的晶胞尺寸变大，这也导致了体心的 Ti离子在氧八面体空隙中易于偏离体心位置，形成电偶极子。另 外，小离子半径的Ti离子也使得这个面心立方结构具有一定的松 散性。 掺入稀土元素Y3+、Nd3+取代Ba2+，掺入的Y3+、Nd3+ 起施主作 用，多余的一个电子被弱束缚在其附近，弱束缚电子被最近邻 的Ti4+俘获，使Ti4+变价还原为Ti3+，通过跳跃参与导电，提高 载流子密度，进而提高介电常数。已有实验显示，在钛酸钡中 添加La、Ce、Nd，得到相对介电常数为20720、损耗较小、容温 变化率较小的Y5V 型三稀土掺杂钛酸钡陶瓷材料。