[发明专利]一种多层复合β”-Al2O3平板型固体电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种多层复合β”-Al₂O₃平板型固体电解质及其制备方法。 

背景技术

钠硫电池最早是由美国福特(Ford)公司于1967年首先发明公布的。它是一种以金属钠为负极、硫为正极、β”-Al₂O₃陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。钠硫电池自身的优良特性：能量密度高、运行寿命长、绿色无污染、维护成本低以及突出的超载脉冲功率输出特性和迅速的动态特性等，使其在储能系统、电力系统等领域具有广阔的应用前景。如今钠硫电池已经成功的用于削峰填谷、应急电源、风力发电等可再生能源的稳定输出以及提高电力质量等方面，涉及工业、商业、交通、电力等多个行业，是各种二次电池中最具有潜力的一种储能电池。 

     固体电解质作为钠硫电池的核心材料，是影响钠硫电池性能和寿命的关键因素。由于传统的钠硫电池采用的是中心电极设计，因此固体电解质往往为管式结构。由于电泳沉积法（electrophoretic deposition）在制备形状复杂的结构材料方面具有独到的优势，因此传统的钠硫电池固体电解质陶瓷管采用电泳沉积的方法制备，如U.S. Patent No. 3，896，018所述 。采用该结构固体电解质的钠硫电池，其负极金属钠填充在管式固体电解质中，这要求固体电解质具有足够的力学强度，因而管式固体电解质的厚度较大，在0.5mm~2mm之间。然而，固体电解质的离子通量与固体电解质的厚度成反比，固体电解质厚度越大，其离子通量就越低，这将使得钠硫电池能量密度降低，实际能量密度在150W·h/kg以下，远低于理论能量密度760W·h/kg。同时，管式结构的固体电解质制备过程复杂，生产效率低；由于其制备工艺的影响，管径和管长均有所限制。  

发明内容

      针对现有技术的不足，本发明提供了一种多层复合β”-Al₂O₃平板型固体电解质及其制备方法。 

本发明所述的多层复合平板型固体电解质主要采用流延法制备。流延法可制备厚度在5μm~2mm范围内的平板（薄膜）固体电解质，所得固体电解质可以很薄。而且采用流延法制备平板型固体电解质具有设备简单、工艺成熟稳定、可连续操作、生产效率高等优点，非常适合工业化生产。 

     本发明的目的通过以下步骤来实现： 

 步骤1、致密层流延浆料的配置：

      将15~25 vol%的β”-Al₂O₃陶瓷粉体、50~65vol%溶剂、1~10vol%分散剂加入装有玛瑙球的尼龙球磨罐中进行一次球磨。球料比（1~3）:1，转速80~400rpm，球磨时间8~24h。

    一次球磨完成后，再向球磨罐中加入10~21vol%粘结剂和5~12vol%增塑剂进行二次球磨，得到稳定浆料；球磨时间4~12h。 

    将球磨得到的稳定浆料在真空条件下进行脱气。真空度≤0.01Mpa为宜，脱气时间为1~4h。 

步骤2、多孔支撑层浆料的配置： 

       将10~25 vol%的陶瓷粉体、3%~12%vol%致孔剂、45~60vol%溶剂、1~10vol%分散剂加入装有玛瑙球的尼龙球磨罐中进行一次球磨。球料比（1~3）:1，转速80~400rpm，球磨时间8~24h。

     一次球磨完成后，再向球磨罐中加入5~18vol%粘结剂和5~12vol%增塑剂进行二次球磨，得到稳定浆料；球磨时间4~12h。 

    将球磨得到的稳定浆料在真空条件下进行脱气。真空度≤0.01Mpa为宜，脱气时间为1~4h。 

      步骤3、 将配好的支撑层浆料倒入流延机，在基带上流延成型；通过控制刮刀间隙、料槽液面高度、流延速度等制得厚度均匀的支撑层生带；再经干燥、排胶烧结得到多孔支撑层。 

       步骤4、将配好的致密层浆料倒入流延机，在支撑层上流延成型，通过控制刮刀间隙、料槽液面高度、流延速度等制得厚度均匀的多层复合固体电解质生带；生带经干燥、排胶烧结即得到目标多层复合平板型固体电解质。 

      步骤5、如需制备三层复合的固体电解质，可在支撑层的另一面按操作步骤4继续进行。 

其中，本发明中流延致密层所用的β”-AI₂O₃陶瓷粉，粒径20~150nm为宜。