[发明专利]水合纳米氧化铝制备亚微米级γ－LiAlO2粉末的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LiAlO₂粉末的制备方法，具体涉及一种熔融碳酸盐燃料电池隔膜用的水合纳米氧化铝制备亚微米级γ-LiAlO₂粉末的方法。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池是在650～700℃高温条件下运行的一种高效洁净的发电装置，电池的隔膜是熔融碳酸盐燃料电池的关键部件，能够在高温运行条件下依靠毛细作用吸收熔融态的碳酸盐，达到阻止隔膜两侧氢气和氧气，并传递碳酸根离子的作用。构成隔膜的材料一般是γ-LiAlO₂，而LiAlO₂粉末有α、β、γ三种不同的晶形，γ-LiAlO₂由α-和β-LiAlO₂经高温焙烧而得到，在高温条件下γ-LiAlO₂比较稳定，因此隔膜材料一般均以γ-LiAlO₂为原料。LiAlO₂粉末材料的合成方法较多，主要三大类固相反应烧结法、熔盐水解法和溶液法。

固相固相反应烧结法制备LiAlO₂，所用原料主要为Al₂O₃和Li₂CO₃、Li₂O₂或LiOH，反应式如下：

Al₂O₃+Li₂CO₃→2LiAlO₂+CO₂

Al₂O₃+Li₂O₂→2LiAlO₂+1/2CO₂

Al₂O₃+LiOH·H₂O→2LiAlO₂+3H₂O

将等摩尔的Al₂O₃与Li₂CO₃、Li₂O₂或LiOH干法或湿法球磨混匀并在一定温度下煅烧制得LiAlO₂粉体。该方法制备过程简单，但生成的粉体粒径受Al₂O₃的结晶形态影响较大。

熔盐水解法包括氯化物法和碳酸盐法，方法是使KCl、NaCl与Li₂CO₃或LiOH在高温形成三元共熔物，共熔物中Li₂CO₃或LiOH·H2O与γ-AlOOH反应生成α-LiAlO₂；或Al₂O₃与Li₂CO₃-K₂CO₃或Al₂O₃与LiOH-KOH-在高温形成三元共熔物，共熔物中的Al源与Li源物发生反应生成α、β、γ-LiAlO₂的混合物，随后水解并除去熔盐即可得到LiAlO₂粉末。

溶液法以丁氧醇铝和甲醇锂为原料，将其溶于异丙醇中，回流后滴加硝酸(pH＝2)使之水解，然后回流直至凝胶化，在真空干燥炉中干燥并在流动空气中煅烧得到LiAlO₂粉末。溶液法也有以分析纯LiNO₃、Al(NO₃)₃·9H₂O和柠檬酸为原料的制备方法，先将硝酸盐溶于去离子水中，加入柠檬酸，于100℃回流，然后于70℃缓慢蒸发，再于110℃干燥，得到棕色粉末，将该棕色粉末在高温下焙烧，放出棕色的烟，得到γ-LiAlO₂。

熔盐法制备过程复杂，产物纯度不高且多为低温稳定相α-LiAlO₂，必须经高温煅烧得到γ-LiAlO₂。溶液法制备的γ-LiAlO₂粒径较小，但制备过程复杂，使用大量的有机溶剂作为分散剂，蒸发过程中有一定酸性，煅烧过程会有有害气体产生。