[發明專利]一種高強度beta-Al2O3固體電解質的制備方法

有效

• 申請號: 201410375286.1
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104143661A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 朱承飛;洪永飛;吉光輝
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M10/39
• 分類號: H01M10/39;C04B35/10;C04B35/622
• 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

本發明涉及到鈉硫電池的固體電解質的制備技術，提供了一種高強度beta-Al₂O₃固體電解質的制備方法，屬于能源材料的制備領域。

背景技術

鈉硫(NaS)電池是一種高溫固態電解質電池，工作溫度為300-350℃，以熔融態的單質硫和金屬鈉分別作為電池的正負極，以beta-Al₂O₃作為電解質和隔膜。其具有儲能密度大、效率高、運行費用低、維護較容易、不污染環境、使用壽命長等優點。NaS電池儲能系統自2002年實現商業化運作以來，在負荷調控、功率穩定、電能質量、直流后備電源等方面已得到廣泛應用。Beta-Al₂O₃固體電解質包括β-Al₂O₃和β-Al₂O₃，β相和β相在多數情況下是共存的。其中，多晶β-Al₂O₃的電導率是β-Al₂O₃電導率的3-4倍。因此，提高β相的含量有助于提高beta-Al₂O₃電解質的電導率。但是，高溫下β-Al₂O₃容易向β-Al₂O₃轉變，成為電導率下降的重要因素。而燒結過程中Na₂O的揮發又使得電解質制品的性能存在不穩定性。同時，beta-Al₂O₃容易沿晶體的C軸開裂，金屬鈉在電解質的晶格或晶界內會出現沉積現象，使得電解質材料發黑和破裂，導致鈉硫電池失效。同時由于NaS電池的要求是Na和S都處于液態，且達到300℃左右的高溫，一旦陶瓷電介質破損，高溫的液態Na和S就會直接接觸并發生劇烈的放熱反應，后果會不堪設想，所以陶瓷電介質機械性能的提高至關重要。因為高強度、高密度和高電導率能夠獲得比能量高、使用壽命長的Na-β-Al₂O₃固體電解質。現在國內外有許多的研究者在制備beta-Al₂O₃電解質時加入了Ti⁴⁺、Zr⁴⁺等金屬離子,使得得到的beta-Al₂O₃電解質的綜合性能都有了一定的提高；但添加的Ti⁴⁺、Zr⁴⁺等金屬離子較貴，生產量小。

發明內容

該發明的目的是為了改進現有技術的不足而提供了一種高強度beta-Al₂O₃固體電解質的制備方法。

本發明通過以下技術方案來實現的：

一種高強度beta-Al₂O₃固體電解質的制備方法，其具體步驟為：(a)含過渡金屬原子的鹽添加到鈉鹽、鋰鹽和鋁鹽或鋁的氧化物中，混合后以無水有機極性溶劑為介質在行星球磨機中球磨干燥，過篩后用箱式爐預燒制得前驅料；(b)將前驅料粉料于無水有機極性溶劑中球磨后干燥，過篩后添加PVA水溶液到前驅料粉料中并混合均勻，壓制成型；(c)然后將成型的素坯放入箱式硅鉬棒爐中緩慢加熱至550-650℃保溫進行脫脂，然后升溫，并于1550-1680℃保溫燒結，接著降溫至在1400-1500℃保溫，最后隨爐冷卻得到高強度的beta-Al₂O₃固體電解質的燒結體。

優選所述的含過渡金屬原子的鹽為含過渡金屬原子的草酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽或甲酸鹽，其中過渡金屬原子為Fe、Cr或Ni。優選所述的鈉鹽、鋰鹽和鋁鹽分別為鈉的草酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽或甲酸鹽，鋰的草酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽或甲酸鹽，鋁的草酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽或甲酸鹽。