[發(fā)明專利]一種固體氧化物電池超薄致密電解質的制備方法以及由此得到的超薄致密電解質

有效

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• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112768737B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 王建強;楊云;林逍;孔芳弟;楊軍鵬;張林娟;解春雨;肖國萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: H01M8/1246
• 分類號: H01M8/1246;H01M8/1253;H01M8/126
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 宋麗榮

本發(fā)明提供一種固體氧化物電池超薄致密電解質的制備方法，其包括將電解質粉體、金屬有機框架材料、分散劑、粘結劑、增塑劑和溶劑混合，得到混合電解質漿料；對混合電解質漿料進行研磨，獲得研磨電解質漿料；采用絲網印刷方法，將研磨電解質漿料均勻印刷在半電池生胚上后，逐漸升溫至1200℃～1400℃進行排膠燒結，得到超薄致密電解質。本發(fā)明還提供一種通過上述制備方法得到的超薄致密電解質。根據本發(fā)明的固體氧化物電池超薄致密電解質的制備方法，在相對較低的燒結溫度下獲得超薄致密電解質層，節(jié)約了能耗成本。根據本發(fā)明的制備方法，燒結溫度降低，可以實現電解質、功能層和氫電極的三電極共燒，簡化了工藝流程。

技術領域

本發(fā)明涉及固體氧化物電池，更具體地涉及一種固體氧化物電池超薄致密電解質的制備方法以及由此得到的超薄致密電解質。

背景技術

固體氧化物電池(SOC)作為一種全固態(tài)的能量轉換裝置，能夠實現化學能和電能互轉，具有能量轉化效率高、環(huán)境友好、噪音低和可靠性強等優(yōu)點，被認為是最有應用前景的能量轉換裝置。氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)是應用最廣的SOC電解質材料，具有抗氧化還原的穩(wěn)定性好，廉價易得，并且在高溫下具有足夠高的氧離子導電率、良好的化學穩(wěn)定性和機械性能。

目前已經商業(yè)化的SOC的工作溫度一般是700℃～900℃之間，較高的工作溫度在電池運行過程中會促進電池各部件的相互反應和擴散，降低電池的使用壽命，同時對電極材料和連接件等材料的性能提出了更高的要求，造成生產成本上升，影響了SOC的商業(yè)競爭力。

因此SOC目前正朝著低溫下運行的方向發(fā)展(600℃～800℃)。但是低溫下，YSZ的電導率迅速下降。需要通過減少YSZ電解質薄膜的厚度得以解決。現有技術中，流延法得到的電解質層厚度通常為12μm～3mm，絲網印刷法得到的電解質層厚度可達～10μm，但是當需要進一步降低電解質層的厚度時，會使其致密性下降，氣密性難以保證，如圖1A和圖2A所示。另一方面，電解質燒結溫度過高，不能與功能材料、電極一起燒結，并且容易導致多孔氫電極孔隙率降低，導致工藝復雜，成本過高。因此在相對低溫下制備超薄且致密的電解質層是提高SOC性能的關鍵技術。

發(fā)明內容

為了解決上述現有技術中的固體氧化物電池中電解質薄膜低溫制備易開孔漏氣且高溫燒結制備易損傷功能層等問題，本發(fā)明提供一種固體氧化物電池超薄致密電解質的制備方法以及由此得到的超薄致密電解質。

本發(fā)明提供一種固體氧化物電池超薄致密電解質的制備方法，其包括如下步驟：S1，將電解質粉體、金屬有機框架材料(MOFs)、分散劑、粘結劑、增塑劑和溶劑混合，得到混合電解質漿料；S2，對混合電解質漿料進行研磨，獲得研磨電解質漿料；S3，采用絲網印刷方法，將研磨電解質漿料均勻印刷在半電池生胚上后，逐漸升溫至1200℃～1400℃進行排膠燒結，得到超薄致密電解質。

優(yōu)選地，步驟S1中的電解質粉體為氧化鋯基、氧化鈰基、氧化鋇基固體電解質中的至少一種。在優(yōu)選的實施例中，該電解質粉體為YSZ粉體、氧化鈰粉體或氧化鋇粉體。

優(yōu)選地，步驟S1中的電解質粉體在混合電解質漿料中占30wt％～65wt％。

優(yōu)選地，步驟S1中的金屬有機框架材料中的金屬元素為二價金屬、三價金屬或四價金屬，例如過渡金屬Gr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr中的至少一種。在優(yōu)選的實施例中，該金屬有機框架材料為Fe-MOF、Co-MOF或Ni-MOF。

優(yōu)選地，步驟S1中的金屬有機框架材料的量是電解質粉體的0.05mol％～10mol％。更優(yōu)選地，金屬有機框架材料的量是電解質粉體的1mol％～5mol％。

優(yōu)選地，步驟S1中的分散劑為冰乙酸、三乙醇胺、聚氧化乙烯中的至少一種。更優(yōu)選地，分散劑的量是電解質粉體的0.5wt％～5wt％。