碳-鈦酸鋇復合陶瓷薄膜的制備及性能研究.pdf

1、陶瓷超級電容器是一種采用介電陶瓷材料作為電介質的新型物理儲能元件，具備可快速充電、無需電解液、工作溫度范圍廣等特點。制備高介電性能的介電陶瓷薄膜層是制作高容量的陶瓷超級電容器的關鍵工藝技術。鈦酸鋇(BaTiO3)在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能，是制造陶瓷超級電容器的主要原材料。實現(xiàn)鈦酸鋇與石墨紙這樣一種耐腐蝕，使用溫度范圍廣的電極材料上共燒制備碳/鈦酸鋇復合陶瓷薄膜對于提高陶瓷超級電容器的性能和應用價值具有重要意義。
　　本文采用了

2、石墨紙作為電極材料，使用鈦酸鋇陶瓷薄膜作為介電層，研究探討了碳/鈦酸鋇復合陶瓷薄膜超級電容器的制備工藝，利用氧化鋁作為絕緣層，探討了氧化鋁層對于鈦酸鋇陶瓷電容器的介電性能的影響。采用球磨法制備了鈦酸鋇分散液；采用提拉法在石墨紙上涂覆了鈦酸鋇薄膜、氧化鋁薄膜；采用熱壓燒結制備了鈦酸鋇電容器，并對其進行了脫碳處理。利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、金相顯微鏡等測試手段對材料進行了表征。并采用LCR測試儀、電化學交流阻抗(EIS)

3、等技術測試其電化學性能。主要內(nèi)容和結果如下：
　　1.鈦酸鋇陶瓷薄膜制備工藝探索
　　研究了鈦酸鋇粉末的分散工藝，采用不同的乙醇、鈦酸鋇比例，球磨，最后確立了乙醇：鈦酸鋇：氧化鋯球質量比例為1.25:1:1，制得成膜效果較好的分散液。確立了浸漬提拉法在石墨紙上涂覆鈦酸鋇薄膜，采用4cm/min的提拉速度，制得厚度在10μm左右的鈦酸鋇涂覆層。
　　通過嘗試一系列燒結工藝的改變，如不同加壓方式、不同燒結溫度、不同燒結時間

4、，對鈦酸鋇的微觀結構、燒結狀態(tài)進行了分析，從而得出最優(yōu)的燒結方案。采用燒結前加壓36MPa、燒結過程中加壓5MPa的加壓方式加壓成型，采用30℃/min的升溫速率，升至900℃保溫10min，再升至1200℃保溫半小時，得到滲碳量最小、燒結充分、晶粒尺寸為1μm左右的鈦酸鋇陶瓷。
　　2.石墨紙-鈦酸鋇陶瓷電容器制備工藝以及性能研究
　　將提拉制成的鈦酸鋇薄膜疊片后采用鈦酸鋇粉末包裹，整體加壓成型，采用最優(yōu)燒結工藝進行了燒結

5、，并進行了不同時間的脫碳處理使電容器內(nèi)部碳含量接近滲流閾值，從而提高陶瓷電容器的介電性能，在馬弗爐450℃處理6h后得到最優(yōu)的單層薄膜的電容值達到140nF以上。
　　3.石墨紙-氧化鋁-鈦酸鋇復合陶瓷電容器制備以及性能研究
　　為降低鈦酸鋇薄膜的介電損耗，采用提拉法在碳紙上制備一層氧化鋁薄膜再進行提拉制備鈦酸鋇薄膜，最后一起燒結，起到了隔絕部分滲碳的作用，成功地降低了薄膜電容器的介電損耗，在50mV、10Hz的測試條件下從