[發明專利]基于3D打印技術的熱電池用陶瓷纖維隔膜的制備方法

在審

• 申請號: 201910447259.3
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110190233A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 魯中良;李堅;苗愷;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了基于3D打印技術的熱電池用陶瓷纖維隔膜的制備方法，本發明通過直寫成型來打印陶瓷纖維隔膜的方法可以通過控制擠出頭的直徑來控制打印精度，通過漿料的固相比精確控制孔隙率，使其滿足離子遷移所需孔隙率的同時，盡可能使其負載多的電解液，減小放電電阻，使輸出電壓穩定。本發明使用3D打印制作陶瓷纖維隔膜，可以控制隔膜的厚度在之間，滿足多種熱電池的使用要求。通過此方式制得的改性陶瓷纖維隔膜具有優良的高溫穩定性能和高的抗腐蝕性能，可以使熱電池的壽命延長5年～10年，減少其更換次數，節省大量人力、財力支出。

技術領域

本發明屬于陶瓷纖維制備耐高溫電池隔膜的領域，具體涉及基于3D打印技術的熱電池用陶瓷纖維隔膜的制備方法。

背景技術

高溫熔鹽電池是上世紀50年代～60年代發展起來的一種電池，這種電池具有較高的比能量和比功率，并且能在高溫環境下工作，因此可以在導彈、火箭以及應急電子儀器中作為供電電源，在非軍事裝備如應急電源、火警電源、地下高溫探礦電源中也有應用。

高溫熔鹽電池內部有若干單體電池，單體電池由正極片、隔膜、負極片組成。隔膜是電池的關鍵部件之一，主要是將電池的正、負極分隔開來，防止正負極接觸而短路，

高溫熔鹽電池要求存儲壽命大于10年，當電池工作時，采用電流引燃電點火頭，電池內部溫度迅速上升，溫度可達到450℃～550℃，使固態電解質熔融并形成高導電率的離子導體，從而使電池工作；并且隔膜在工作過程中直接受到電解質的侵蝕。因此作為重要部件的隔膜就要具備耐高溫性能的同時，還要具備耐腐蝕性能、長壽命的要求。隔膜的質量對電池的性能有重大影響。

目前的熱電池隔膜一部分是使用粉末氧化鎂或勃姆石與電解質混合壓制形成隔離片，這樣制作的陶瓷隔離片具有良好的耐腐蝕性能，但韌性較低，在受到外力時容易破裂，影響電池的壽命、可靠性和安全性。還有一部分是使用改性的隔膜：一種是改性的有機物隔膜，通過將陶瓷漿料涂敷在聚烯烴薄膜上，使其得到熱穩定性高的隔膜，這種隔膜耐腐蝕性能得到了提升，但其高溫性能不穩定，有機纖維在高溫下會有很明顯的收縮，并且在腐蝕性環境下老化速度加快，影響電池的壽命、可靠性和安全性；另一種是改性的無機物隔膜，無機纖維具有抗氧化性強、高溫穩定性能優良，可以提高改性隔膜的抗高溫耐腐蝕性能，目前使用的無機纖維有BN纖維、石棉纖維，而通過改性陶瓷纖維來制作熱電池隔膜還屬于空白。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供基于3D打印技術的熱電池用陶瓷纖維隔膜的制備方法，該隔膜具有高溫穩定性能，可在高溫下正常工作，防止正負極短路，提高熱電池的安全性、可靠性和工作壽命。

為了達到上述目的，本發明包括以下步驟：

步驟一，采用陶瓷纖維和納米氧化硅粉制備陶瓷纖維漿料，使陶瓷纖維漿料的固相比為30％～50％；

步驟二，將陶瓷纖維漿料放入3D打印機的成型設備料筒中，逐層堆疊做成陶瓷纖維分隔片，使陶瓷纖維分隔片的厚度為

步驟三，將打印完成的陶瓷纖維分隔片冷凍干燥，然后再高溫脫脂燒結；

步驟四，浸漬用前驅體溶液配制；

步驟五，將燒結后的陶瓷纖維分隔片在前驅體溶液中浸漬后干燥；

步驟六，將干燥后的陶瓷分隔片進行熱處理；

步驟七，隨爐冷卻至室溫，取出樣品，得到熱電池用的陶瓷纖維隔膜。

步驟一中，陶瓷纖維漿料的制備過程如下：

根據質量比，按95：5：(0.5～1.5)取陶瓷纖維、納米氧化硅粉和瓜爾豆膠，將陶瓷纖維和納米氧化硅粉混合，然后加入瓜爾豆膠充分攪拌均勻以后，再加入去離子水攪拌，使漿料產生剪切變稀的流變性能，完成陶瓷纖維漿料的制備。