[發(fā)明專利]一種合成鈉硫電池固體電解質(zhì)用氧化鎂坩堝及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210537624.8
• 申請(qǐng)日: 2012-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN103121852A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳福平;徐小剛;祝銘;茅雁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電氣鈉硫儲(chǔ)能技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/66
• 分類號(hào): C04B35/66
• 代理公司: 上海兆豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(有限合伙) 31241
• 代理人: 黃美英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈉硫電池制備技術(shù)，尤其涉及一種合成鈉硫電池固體電解質(zhì)用氧化鎂坩堝及其制備方法。

背景技術(shù)

固體電解質(zhì)Na-β″-Al₂O₃陶瓷具有良好的Na+傳導(dǎo)性能，在常溫下其離子電導(dǎo)率可達(dá)到10^-2S/cm數(shù)量級(jí)，高性能的Na-β″-Al₂O₃陶瓷管是鈉硫儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的核心組件。在應(yīng)用過程中，要求Na-β″-Al₂O₃陶瓷具有高的離子電導(dǎo)率、高強(qiáng)度以及均勻致密的顯微結(jié)構(gòu)。固體電解質(zhì)Na-β″-Al₂O₃在高溫下燒結(jié)成瓷的過程是電池制備中的關(guān)鍵步驟，對(duì)于電池的組裝、性能和制造成本有著決定性的影響。

傳統(tǒng)工藝中，鈉硫電池固體電解質(zhì)Na-β″-Al₂O₃陶瓷管燒結(jié)采用的是滾動(dòng)燒成工藝，以高密度氧化鋁管為外套管，Na-β″-Al₂O₃素坯管被鉑金屬坩堝密封包裹后水平放置在氧化鋁外套管中，使用鉑金坩堝封包Na-β″-Al₂O₃素坯管的主要原因是保護(hù)燒結(jié)氣氛。在燒結(jié)過程中，為保證電解質(zhì)陶瓷管的圓整度和垂直度，氧化鋁外套管需一直處于滾動(dòng)狀態(tài)。采用滾動(dòng)燒成工藝一直存在以下問題：(1)燒結(jié)過程中需使用大量貴金屬鉑(所用貴金屬鉑與燒成電解質(zhì)陶瓷管質(zhì)量之比約為1.5∶1)，但鉑的價(jià)格十分昂貴，極大地增加了電解質(zhì)陶瓷管的生產(chǎn)成本，不利于其工業(yè)化進(jìn)程；(2)固體電解質(zhì)Na-β″-Al₂O₃陶瓷管在燒結(jié)時(shí)一直處于滾動(dòng)狀態(tài)，管體與外包坩堝不停接觸，陶瓷管壁可能會(huì)出現(xiàn)微裂紋和微孔等微小缺陷，或者受到坩堝的污染而引入其它雜質(zhì)，影響電解質(zhì)陶瓷管和電池的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種合成鈉硫電池固體電解質(zhì)用氧化鎂坩堝及其制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種合成鈉硫電池固體電解質(zhì)用氧化鎂坩堝，該氧化鎂坩堝由若干原料組份按一定比例混合后，通過等靜壓成型和燒結(jié)制備而成，其中，各原料組份及其重量百分比如下：

電熔氧化鎂粉末????30-80％；

重質(zhì)氧化鎂粉末????10-40％；

三氧化二釔粉末????1-10％；

二氧化鋯粉末??????0.1-3％；

三氧化二鋁粉末????0.1-3％；

二氧化硅粉末??????0.1-3％；

氧化鈣粉末????????0.1-3％；

所有原料組份的重量百分比之和為100％。

上述的一種合成鈉硫電池固體電解質(zhì)用氧化鎂坩堝，其中，所述原料組份的粉末粒度范圍如下：電熔氧化鎂粉末60-75μm，重質(zhì)氧化鎂粉末5-7μm，三氧化二釔、二氧化鋯、三氧化二鋁、二氧化硅、氧化鈣粉末粒徑均小于5μm。

上述的一種合成鈉硫電池固體電解質(zhì)用氧化鎂坩堝，其中，所述原料組份的純度要求為：電熔氧化鎂粉末≥99％、重質(zhì)氧化鎂粉末≥99％、三氧化二釔、二氧化鋯、三氧化二鋁、二氧化硅、氧化鈣粉末純度均≥99.9％。

本發(fā)明還提供了一種合成鈉硫電池固體電解質(zhì)用氧化鎂坩堝的制備方法，包括以下步驟：

(1)將各原料組份按一定比例混合，用干式混料機(jī)混合均勻；

(2)將混合均勻的原料組份注入等靜壓成型膠套模具中進(jìn)行等靜壓成型，成型壓力為130-200MPa，保壓時(shí)間20s，退壓后形成氧化鎂坩堝生坯；

(3)將氧化鎂坩堝生坯放入高溫氣燒爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒成溫度為1780-1860℃，保溫時(shí)間3h，空氣氣氛，冷卻后除去，得到氧化鎂坩堝毛坯；

(4)對(duì)氧化鎂坩堝毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，使其達(dá)到所需尺寸。

本發(fā)明氧化鎂坩堝在陶瓷管燒結(jié)過程中能在坩堝內(nèi)形成了一定的“富鈉”氣氛，抑制了電解質(zhì)陶瓷管制品中的鈉成分快速揮發(fā)，起到了保護(hù)燒結(jié)氣氛作用，取代了現(xiàn)有的鉑金坩堝，大大地降低陶瓷管的生產(chǎn)和管理成本。本發(fā)明氧化鎂坩堝的使用溫度超過1650℃，耐鈉硫電池固體電解質(zhì)Na-β″-Al₂O₃管合成時(shí)所產(chǎn)生的鈉蒸氣腐蝕，且具有良好的抗熱震性能。