[發明專利]噴霧沉積成型制備鈉電池電解質隔膜的方法

有效

• 申請號: 201310293751.2
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN104276816A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 溫兆銀;吳相偉;張敬超;吳梅芬;胡英瑛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622;B28B1/24
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明屬于能源材料領域，涉及一種鈉電池用電解質隔膜，即、β’’-Al₂O₃陶瓷電解質隔膜的成型方法，具體地講涉及一種噴霧成型制備β’’-Al₂O₃陶瓷電解質隔膜的方法。

背景技術

與Li相比，Na在地殼中的含量豐富，價格低廉，近年來，鈉電池的研究越來越受到人們的關注，尤其以鈉硫電池和鈉－氯化物電池為代表。這類電池在大容量能量存儲及電動汽車動力電源等方面的應用優勢明顯。β’’-Al₂O₃陶瓷在常溫下的Na⁺離子電導率可達10^-2S/cm的數量級，是目前已知的Na⁺離子電導率最高的固體電解質材料體系。β’’-Al₂O₃陶瓷在鈉電池中起到Na⁺離子導體及正負極隔膜的雙重作用，是鈉電池等多種電化學器件的核心組成部分。在鈉硫電池、鈉－氯化物電池等高性能電池中，要求β’’-Al₂O₃電解質陶瓷具有均勻的顯微結構，高的致密度，高的離子電導率以及足夠的機械高強度。

目前，β’’-Al₂O₃陶瓷的制備主要以冷等靜壓成型工藝為主，制備過程可以概括為：前驅體合成－漿料制備－造粒－等靜壓成型－燒成。先制備出流動性好的前驅粉體，再把該粉體加入到不斷振動的模具中，振動密實后再等靜壓成型。陳昆鋼等人公開了部分合成法制備Na-β’’-Al₂O₃陶瓷（無機鹽材料學報，1997年10月第12卷第5期）：采用超細α-Al₂O₃粉、分析純的草酸鈉和草酸鋰作原料分別預合成Na₂O-5Al₂O₃粉和Li₂O-5Al₂O₃粉作為二次原料，以無水乙醇作為介質進行球磨，加入聚乙烯縮丁醛作為粘結劑，烘干，造粒，然后以300Mpa的壓力等靜壓成型。

CN101941835B公開一種Na-β’’-Al₂O₃陶瓷固體電解質的制備方法，其通過溶膠-凝膠法分別制備Na₂O-5Al₂O₃和Li₂O-5Al₂O₃等前驅體粉體，然后將前驅體粉體混合物加入溶劑、塑性劑和粘結劑，經球磨，獲得漿料，將獲得的漿料造粒，等靜壓成型制成素坯。可以看出，現有等靜壓成型工藝中，造粒過程與成型過程是完全分開的，該工藝的不足之處是生產效率低，難以實現連續化作業，且設備昂貴。等靜壓成型通過調節金屬芯棒與橡膠套之間的距離來控制所制備β’’--Al₂O₃素坯管的壁厚，對金屬芯棒及橡膠套的配合精度要求較高。即便如此，由于不同批次噴霧造粒得到前驅粉體的堆積密度、壓縮比不盡相同，在使用完全相同的成型模具的條件下，也難以保證最終所制備β-Al₂O₃素坯管壁厚的一致性。

發明內容

面對現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種鈉電池電解質隔膜制備的新方法，以克服現有技術的不足。

在此，本發明提供一種噴霧沉積成型制備鈉電池電解質隔膜的方法，包括：

（1）料漿制備：將Na₂O/Al₂O₃粉體和Li₂O/Al₂O₃粉體按規定的摩爾比混合，加入粘結劑、分散劑及溶劑，球磨混合，得到分散均勻的料漿；

（2）噴霧沉積成型：在噴霧干燥設備中對所述料漿進行噴霧造粒，利用所述噴霧干燥設備的霧化盤的旋轉及旋轉氣流的作用，使造粒過程產生的顆粒直接沉積在位于所述噴霧干燥設備的干燥塔內的基體上；

（3）等靜壓壓制：用塑料膜套在沉積有所述顆粒的基體的外面，置于氣體等靜壓機的腔體內，利用等靜壓將沉積的顆粒壓制密實，脫模得到β’’-Al₂O₃素坯；以及