[發明專利]一種β”-氧化鋁固體電解質陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201210537621.4
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103121834A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 侯肖瑞;顧中華;徐小剛;倪蕾蕾;趙立華;茅雁
• 申請（專利權）人: 上海電氣鈉硫儲能技術有限公司
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622
• 代理公司: 上海兆豐知識產權代理事務所(有限合伙) 31241
• 代理人: 黃美英

技術領域

本發明涉及一種用于儲能領域的β”-氧化鋁固體電解質陶瓷及其制備方法。

背景技術

鈉硫電池是由熔融態的液態電極和固體電解質組成的。構成其負極的活性物質是熔融金屬鈉，正極為填充在多孔碳或石墨氈里的液態硫和多硫化鈉熔鹽，固體電解質兼隔膜是由一種能夠傳導鈉離子的β”-氧化鋁固體電解質陶瓷材料制成的。它是鈉硫電池的核心材料。目前的技術已經可以制備出300℃下電阻率為6.5Ω·cm的β”-氧化鋁固體電解質陶瓷。然而鈉硫電池要進入商品化生產，要求β”-氧化鋁固體電解質陶瓷具有高的離子電導率和均勻致密的顯微結構，重中之重即為降低β”-氧化鋁固體電解質陶瓷的電阻率，在300℃下其電阻率必須小于3.0Ω·cm。

純相β”-氧化鋁固體電解質陶瓷由于其晶格結構不穩定，制備比較困難，目前β”-氧化鋁固體電解質陶瓷的制備方法也有很多。如：申請日期為1998年4月18日，專利號為98114852.2，主題名稱為β”-氧化鋁基質固體電介質及其制造方法的專利申請中，將含有β”-氧化鋁晶種的多孔氧化鋁浸漬在熔融的Na源中，然后通過燒結反應制得穩定的β”-氧化鋁固體電解質陶瓷；而在申請日期為2009年12月22日，專利號為200910243049.9，專利名稱為：一種采用溶膠凝膠法制備Na-β″-Al₂O₃固體電解質前驅體的方法的專利申請中，提供了一種以溶膠凝膠法制備β”-氧化鋁固體電解質陶瓷的方法，但上述方法均不利于大批量生產。

目前的制備出的β”-氧化鋁固體電解質陶瓷中摻雜Li₂O添加劑，用于制備β”-氧化鋁固體電解質陶瓷的β”-氧化鋁粉體中，Li₂O的含量小于0.4wt.%，溫度為300℃時，這樣制得的β”-氧化鋁固體電解質陶瓷，在50Hz交流電下的電阻率為6.5Ω·cm，其電阻率未有本質下降，這主要在于β”-氧化鋁固體電解質陶瓷燒結過程中Li₂O的揮發，造成1700～1800℃的燒結溫度才能將β”-氧化鋁粉體燒結成為β”-氧化鋁固體電解質陶瓷，另外一方面，鈉前驅粉體和鋰前驅粉體粒徑不均勻，造成了β”-氧化鋁粉體制備步驟中制備β”-氧化鋁粉體粒徑的不均勻，造成β”-氧化鋁固體電解質陶瓷致密性差，孔隙率高，電阻率上升。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種β”-氧化鋁固體電解質陶瓷及其制備方法，該β”-氧化鋁固體電解質陶瓷的電阻率低于3.0Ω·cm，有利于鈉硫電池的商品化生產。同時β”-氧化鋁固體電解質陶瓷的制備方法中，降低燒結溫度，減少Li₂O的揮發，從而降低燒結成型后β”-氧化鋁固體電解質陶瓷的電阻率，同時該方法也適用于β”-氧化鋁固體電解質陶瓷的大規模的生產。

實現上述目的的一種技術方案是：一種β”-氧化鋁固體電解質陶瓷，由5～15wt.%的Na₂O、0.4～2wt.%的Li₂O和余量的Al₂O₃組成，該β”-氧化鋁固體電解質陶瓷是燒結成型的。

進一步的，該β”-氧化鋁固體電解質陶瓷由5～15wt.%的Na₂O、1～2wt.%的Li₂O和余量的Al₂O₃組成。

實現上述目的的另外一種技術方案是：一種β”-氧化鋁固體電解質陶瓷的制備方法，包括下列步驟：

鈉前驅粉體制備步驟：將鈉源、鋁源和水性分散劑一起加入去離子水中進行球磨混合，制得鈉前驅粉漿料，再對鈉前驅粉漿料進行干燥，并將干燥后的粉體在1200～1300℃下煅燒，得到鈉前驅粉體；

鋰前驅粉體制備步驟：將鋰源、鋁源和水性分散劑一起加入去離子水中進行球磨混合，制得鋰前驅粉漿料，再對鋰前驅粉漿料進行干燥，并將干燥后的粉體在1200～1300℃下煅燒，得到鋰前驅粉體；

β”-氧化鋁粉體制備步驟：將鈉前驅粉體和鋰前驅粉體加入無水有機極性溶劑中進行球磨混合并烘干，制得β”-氧化鋁粉體，β”-氧化鋁粉體由5～15wt.%的Na₂O、0.4～2wt.%的Li₂O和余量的Al₂O₃組成；

β”-氧化鋁粉體壓片步驟：將β”-氧化鋁粉體壓制成為β”-氧化鋁壓片；

燒結步驟：將β”-氧化鋁壓片置于1500～1600℃下進行燒結，制得β”-氧化鋁固體電解質陶瓷。