[發明專利]一種雙鈣鈦礦陰極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710970652.1
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107742729A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 王冉;欒波;王耀偉
• 申請（專利權）人: 山東京博石油化工有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明屬于固體燃料電池技術領域，具體涉及一種雙鈣鈦礦陰極材料的制備方法。

背景技術

陰極材料作為燃料電池組成中最為重要的一個元件，應該具有較高的催化活性、較高的電導率、較低的熱膨脹系數。傳統的固體氧化物燃料電池陰極材料鑭鍶錳在800℃～1000℃條件下具有較高的穩定性和較低的極化電阻，然而隨著工作溫度的降低，在低于800℃條件下其電化學性能也明顯降低。在這之后，人們又開發出了具有更好性能的陰極材料，鑭鍶鈷鐵和鋇鍶鈷鐵，但是他們都具有較高的熱膨脹系數，而且在開發以及利用過程中，針對于鈷元素，其造價較高，這并不利于實際中的應用。

雙鈣鈦礦材料有著較高的總電導率，可以使氧的還原反應發生于陰極材料體相與三相界面，可以大大提高電化學性能，同時雙鈣鈦礦的氧擴散系數和表面交換系數都較高，有利于氧的吸附、解離以及擴散。

現有的高溫固相法合成的固體顆粒界面經過接觸、反應、成核、晶體生長等過程，由原來的一種或者幾種生成復合氧化物。該方法得到的物質顆粒晶型不好，作為固體氧化物燃料電池的陰極材料載流子傳遞速率低，與電解質CGO熱匹配性較差，降低作為固體氧化物燃料電池的陰極材料的性能。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種雙鈣鈦礦陰極材料的制備方法，本發明制備得到的雙鈣鈦礦陰極材料的晶形較好，可以提高作為固體氧化物燃料電池的陰極材料的性能。

本發明提供了一種雙鈣鈦礦陰極材料的制備方法，包括以下步驟：

A)分別將純相的La₂O₃、NiO和MnCO₃進行熱處理后，與分散劑混合研磨，得到混合物；

B)將所述混合物進行煅燒后研磨；

C)重復步驟B)，得到雙鈣鈦礦陰極材料。

本發明首相將純相的La₂O₃、NiO和MnCO₃進行熱處理，得到處理后的原料。

在本發明中，確定所述原料La₂O₃、NiO和MnCO₃是否為純相的方法為進行XRD檢測。

接著，檢測后的、純相的La₂O₃、NiO和MnCO₃進行熱處理，其中，所述純相的La₂O₃的熱處理方法為：在850℃～950℃的條件下熱處理24小時。

所述純相的NiO的熱處理方法為：在140℃～160℃的條件下熱處理24h。

所述純相的MnCO₃的熱處理方法為：在140℃～160℃的條件下熱處理24h。

按照雙鈣鈦礦陰極材料La₂NiMnO₆中La、Ni和Mn的化學計量數比2：1：1將經過熱處理后的La₂O₃、NiO和MnCO₃進行混合。即，所述La₂O₃、NiO和MnCO₃的摩爾比為1:1:1。

將處理后的原料與分散劑混合研磨，得到混合物；其中，所述分散劑選自乙醇。所述研磨優選采用高能球磨的方式，所述研磨的時間為40～60min，優選為45～55min。

接著，將所述混合物進行煅燒后研磨。

所述煅燒的溫度為1000～1150℃，優選為1050～1100℃，所述煅燒的時間為24～48小時，所述研磨優選采用高能球磨的方式，所述研磨的時間為40～60min，優選為45～55min。

研磨結束后，重復上述煅燒、研磨的步驟，所述重復的次數優選為2次。

在本發明中，重復多次煅燒、研磨的步驟中，每一次重復的研磨以及煅燒的條件可以相同也可以不同。最終，測XRD確定最終合成物相為211型雙鈣鈦礦陰極材料La₂NiMnO₆。

本發明通過對原材料進行預處理，然后采用高能球磨的方式對固體顆粒進行充分混合研磨處理，然后在高溫下反復燒結，顆粒之間的距離會越來越小，其密度和強度會越來越大，晶體結晶度越高。并且，對原材料進行熱處理，可以除去其中的雜質和水分，使合成的樣品晶型較好。