[發明專利]一種用于高溫電池的非氧化物多孔隔膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710075203.0
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106711382B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 陳斐;黃梅;張一弛;李耘字;沈強;張聯盟
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M8/023;H01M8/0234
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王守仁

1.一種用于高溫電池的非氧化物多孔隔膜材料，其特征在于該非氧化物多孔隔膜材料的原料包括TiB₂、ZrB₂、SiC、ZrC、TiC、BN、AlN、Si₃N₄、TiN中的一種，其平均粒徑為2μm；利用非氧化物多孔材料的導電性可以有效降低負極與正極陽離子的接觸，從而提高高溫電池的循環效率和循環次數；所述非氧化物多孔隔膜材料，開氣孔率為10％～26％，強度為100～500MPa；將制備的非氧化物多孔隔膜材料組裝至高溫電池中后，非氧化物多孔隔膜的離子電導率為0.01～0.5S·cm^-1。

2.根據權利要求1所述的非氧化物多孔隔膜材料，其特征在于該非氧化物多孔隔膜材料的原料還包括隔膜固定材料，其為MgO、BN或剛玉材質，為圓形、方形管中的一種。

3.一種用于高溫電池的非氧化物多孔隔膜材料的制備方法，其特征是利用常壓燒結、熱壓燒結、場助燒結中的一種，將非氧化物多孔隔膜材料的原料單獨或與隔膜固定材料的原料結合后，得到所述的非氧化物多孔隔膜材料；非氧化物多孔隔膜材料的原料包括TiB₂、ZrB₂、SiC、ZrC、TiC、BN、AlN、Si₃N₄、TiN中的一種；隔膜固定材料為MgO、BN或剛玉材質，為圓形、方形管中的一種；所述非氧化物多孔隔膜材料，開氣孔率為10％～26％，強度為100～500MPa；將制備的非氧化物多孔隔膜材料組裝至高溫電池中后，非氧化物多孔隔膜的離子電導率為0.01～0.5S·cm^-1；

所述的常壓燒結方法包括以下步驟：

(1)將非氧化物多孔隔膜材料的原料和燒結助劑粉料混合均勻后真空干燥24h；

(2)將混合后的原料放在內徑為20mm～40mm的模具中預壓成型；

(3)在常壓燒結爐中制備非氧化物多孔隔膜材料，燒結溫度在800～1500℃，升溫速度在1℃/min～10℃/min，保溫時間1～5h；

或，所述熱壓燒結方法包括以下步驟：

(1)將非氧化物多孔隔膜材料的原料和燒結助劑粉料混合均勻后真空干燥24h；

(2)將混合后的原料放在內徑為20mm～40mm熱壓燒結模具中；

(3)在熱壓燒結爐中制備非氧化物多孔隔膜材料，燒結溫度在800～1500℃，升溫速度在1℃/min～10℃/min，壓力在0～100MPa之間，保壓時間30min～1h；

或，所述場助燒結方法包括以下步驟：

(1)將非氧化物多孔隔膜材料的原料和燒結助劑粉料混合均勻后真空干燥24h；

(2)將混合后的原料放在內徑為20mm～40mm石墨模具中；

(3)在場助燒結爐中燒結得到非氧化物多孔隔膜材料，燒結溫度在800～1500℃，升溫速度在50℃/min～150℃/min，壓力在0～100MPa之間，保壓時間10min～30min。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是采用燒結工藝時，所用的燒結助劑粉料包括納米粉或微米粉MgO、Al₂O₃、Y₂O₃、CeO₂、B₂O₃、SiO₂中的一種或多種混合物；所述微米粉的平均粒徑為5μm。

5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于制備的非氧化物多孔隔膜材料，其用于工作溫度為350℃～600℃、工作氣氛為氬氣的高溫電池，包括Na-NiCl₂電池、Li-FeS₂熱激活電池中的一種，其中：

所述Na-NiCl₂電池采用金屬鈉作為電池負極，NiCl₂作為電池正極；Li-FeS₂熱激活電池采用Li-Al合金或Li-Si合金作為電池負極，FeS₂作為電池正極。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的高溫電池，采用二元熔鹽電解質或多元熔鹽電解質，其中：

二元熔鹽電解質采用下述的電解質的一種：LiX-LiY，其中X、Y＝F、Cl、Br、I；LiX-KX，其中X＝Cl、Br、I；NaCl-XCl_n，其中X＝K、Ni、Al，n＝1、2、3；

多元熔鹽電解質采用下述的電解質的一種：MX-LiY-LiZ，其中M＝Li、K，X、Y、Z＝F、Cl、Br、I；LiX-NaX-KX，其中X＝F、Cl、Br；NaCl-NiCl₂-AlCl₃。