[發明專利]一種Na-β″-Al2O3固體電解質的制備方法

有效

• 申請號: 200910264429.0
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN101734911A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 楊暉;魏曉玲;王瑾;姜曉萍;沈曉冬
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622;H01M2/14
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種固體電解質材料的制備方法，特別是一種應用于beta電池用 Na-β″-Al₂O₃固體電解質的方法。

背景技術

由于石油資源和其它化石能源的日益枯竭，目前風能和太陽能等綠色能源的開發和利 用在中國正在蓬勃發展，然而，目前風能和太陽能的儲能技術成為其不能應用于大規模發 電的制約因素。科學家們正在開發的大規模電力儲能技術主要為二次蓄電池，用作儲能電 池，必須滿足一系列的要求：功率密度高、能量密度高、成本低、自放電速率低、循環壽 命長和安全性能好等。當前人們對儲能二次電池研究較多的是被稱作beta電池的鈉硫電池 和鈉氯化鎳電池。這兩種電池用的隔膜材料均為Na-β″-Al₂O₃固體電解質，其品質與性能的 優劣，直接關系到電池的性能和工作壽命，并極大的依賴其制備工藝，歷來為研究者所重 視。

Na-β″-Al₂O₃的制備方法有很多，反應燒結法、噴霧干燥法、溶膠凝膠法、微波燒結法、 部分合成法等。傳統合成方法包括合成與燒結兩個過程。在傳統的合成辦法中，為了獲得 高致密的Na-β″-Al₂O₃電解質，通常要求在高于1580℃的條件下長時間保溫，長時間的高溫 熱處理會造成Na-β″-Al₂O₃中Na₂O的大量揮發，從而降低其離子電導率。

發明內容

本發明的目的是提供一種縮短固體電解質材料的燒結時間，減少Na₂O流失，提高致密 度和電導率的一種Na-β″-Al₂O₃固體電解質的制備方法。此法制備的固體電解質材料顯示出 優異的性能。

本發明目的技術方案為：以含鈉、鋁、鎂或鋰的化合物為原料，加入穩定劑，制備前 驅粉體，將制得的前驅粉體經造粒、成型后，放入微波爐中，快速燒結得到Na-β″-Al₂O₃電 解質。

本發明的具體技術方案為：一種Na-β″-Al₂O₃固體電解質的制備方法，其具體步驟為： (1)取含鋁、鈉和鎂的鹽，溶解在溶劑中，按照目標產物為Na_1+xO?Al_11-xMg_xO₁₆中的金屬元 素的化學計量比稱量混合得到混合溶液，其中0.45＜x＜1.0；或者取含鋁、鈉和鋰的鹽，溶解 在溶劑中，按照目標產物為Na_1+2yO?Al_11-yLi_yO₁₆中的金屬元素的化學計量比稱量混合得到混 合溶液，其中0.2＜y＜0.5；(2)在上述混合溶液中加入高分子化合物和分散劑，加熱、攪拌， 反應，得到濕凝膠；(3)將得到的濕凝膠烘干，得到干凝膠；(4)將干凝膠煅燒，得到前驅粉 體；(5)將得到的前驅體造粒、成型后，放入微波爐中，采用分段熱處理的方式，即升溫至 1350～1450℃，保溫10～60分鐘后，繼續升溫至1500-1550℃，保溫3～60分鐘，然后再經過 淬火處理得到Na-β″-Al₂O₃陶瓷電解質。

其中優選所述的鹽為硝酸鹽、碳酸鹽、氯化鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽、草酸鹽、甲酸鹽 或乳酸鹽。優選所述的高分子化合物為檸檬酸、草酸或酒石酸；分散劑為聚乙烯醇或聚乙 二醇。所述的高分子化合物的加入量與所有金屬陽離子之和的摩爾比為0.5～2∶1；分散劑的 加入量與高分子化合物的摩爾比為0.5～2∶2。

優選步驟(2)中恒溫加熱溫度為60-100℃，反應6～30小時；步驟(3)中烘干溫度為 200～300℃。