[发明专利]喷雾沉积成型制备钠电池电解质隔膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料领域，涉及一种钠电池用电解质隔膜，即、β’’-Al₂O₃陶瓷电解质隔膜的成型方法，具体地讲涉及一种喷雾成型制备β’’-Al₂O₃陶瓷电解质隔膜的方法。

背景技术

与Li相比，Na在地壳中的含量丰富，价格低廉，近年来，钠电池的研究越来越受到人们的关注，尤其以钠硫电池和钠－氯化物电池为代表。这类电池在大容量能量存储及电动汽车动力电源等方面的应用优势明显。β’’-Al₂O₃陶瓷在常温下的Na⁺离子电导率可达10^-2S/cm的数量级，是目前已知的Na⁺离子电导率最高的固体电解质材料体系。β’’-Al₂O₃陶瓷在钠电池中起到Na⁺离子导体及正负极隔膜的双重作用，是钠电池等多种电化学器件的核心组成部分。在钠硫电池、钠－氯化物电池等高性能电池中，要求β’’-Al₂O₃电解质陶瓷具有均匀的显微结构，高的致密度，高的离子电导率以及足够的机械高强度。

目前，β’’-Al₂O₃陶瓷的制备主要以冷等静压成型工艺为主，制备过程可以概括为：前驱体合成－浆料制备－造粒－等静压成型－烧成。先制备出流动性好的前驱粉体，再把该粉体加入到不断振动的模具中，振动密实后再等静压成型。陈昆钢等人公开了部分合成法制备Na-β’’-Al₂O₃陶瓷（无机盐材料学报，1997年10月第12卷第5期）：采用超细α-Al₂O₃粉、分析纯的草酸钠和草酸锂作原料分别预合成Na₂O-5Al₂O₃粉和Li₂O-5Al₂O₃粉作为二次原料，以无水乙醇作为介质进行球磨，加入聚乙烯缩丁醛作为粘结剂，烘干，造粒，然后以300Mpa的压力等静压成型。

CN101941835B公开一种Na-β’’-Al₂O₃陶瓷固体电解质的制备方法，其通过溶胶-凝胶法分别制备Na₂O-5Al₂O₃和Li₂O-5Al₂O₃等前驱体粉体，然后将前驱体粉体混合物加入溶剂、塑性剂和粘结剂，经球磨，获得浆料，将获得的浆料造粒，等静压成型制成素坯。可以看出，现有等静压成型工艺中，造粒过程与成型过程是完全分开的，该工艺的不足之处是生产效率低，难以实现连续化作业，且设备昂贵。等静压成型通过调节金属芯棒与橡胶套之间的距离来控制所制备β’’--Al₂O₃素坯管的壁厚，对金属芯棒及橡胶套的配合精度要求较高。即便如此，由于不同批次喷雾造粒得到前驱粉体的堆积密度、压缩比不尽相同，在使用完全相同的成型模具的条件下，也难以保证最终所制备β-Al₂O₃素坯管壁厚的一致性。

发明内容

面对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种钠电池电解质隔膜制备的新方法，以克服现有技术的不足。

在此，本发明提供一种喷雾沉积成型制备钠电池电解质隔膜的方法，包括：

（1）料浆制备：将Na₂O/Al₂O₃粉体和Li₂O/Al₂O₃粉体按规定的摩尔比混合，加入粘结剂、分散剂及溶剂，球磨混合，得到分散均匀的料浆；

（2）喷雾沉积成型：在喷雾干燥设备中对所述料浆进行喷雾造粒，利用所述喷雾干燥设备的雾化盘的旋转及旋转气流的作用，使造粒过程产生的颗粒直接沉积在位于所述喷雾干燥设备的干燥塔内的基体上；

（3）等静压压制：用塑料膜套在沉积有所述颗粒的基体的外面，置于气体等静压机的腔体内，利用等静压将沉积的颗粒压制密实，脱模得到β’’-Al₂O₃素坯；以及