[发明专利]一种铝酸锂粉体的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝酸锂粉体的制备工艺。

背景技术

于近年来燃料电池研究工作的发展和核能工业的开展，偏铝酸锂(LiΑl02)的制备研究引起了越来越大的关注。LiΑl02粉体的用途主要集中于两个方面：一是用作熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的支撑膜材料，二是作为熔融反应堆的氚增殖材剃引。

近年来，欧美及日本等发达国家在开发高效率的熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)方面和在研究混合堆氚增殖实验方面取得巨大进展，特别是日本和美国的MCFC研究已经在进行实验放大和建立生产线阶段，因此，LiΑl02粉体作为支撑膜材料具有很大的市场需求。国外对LiΑl02的研究和生产方面做了大量的工作，已经形成了批量化生产；我国对LiΑl02粉体的制备也做了一些研究工作，但大多仅限于实验室的应用研究，在国内尚无大规模化生产。随着国内高科技能源技术产业的不断发展，高质量的偏铝酸锂粉体的需求将不断增加；所以，研究生产高品质的LiΑl02粉体前景看好。

偏铝酸锂(LiΑl02)粉体目前最主要的应用是作为熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的电解质膜材料和熔融反应堆的氚增殖材料。这两者都要求其使用的材料必须具有以下性能：绝缘性能好，机械强度高，在高温下具有良好的化学、热稳定性和力学稳定性，与其它材料有广泛的相容性。作为固体氚增殖材料，还要求其有极好的辐射行为，该材料锂的含量相对较高，有利于经过中子辐射后转化为氚。偏铝酸锂用作短波长发光器件GαN基蓝光LEDs的衬底材料，这也是对其研究的热点之一。

偏铝酸锂在熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)中的应用

MCFC是一种清洁高效的新型发电装置，它是由阴极、阳极和电解质隔膜构成，其中电解质膜是MCFC的核心部件，在电池中起到电子绝缘、离子导电、阻气密封作用，它必须强度高、能耐高温熔盐腐蚀、浸入熔融碳酸盐电解质后阻气性好，因此，它的好坏直接影响电池的性能。MCFC隔膜材料最早是采用MgO，但MgO在高温熔盐中发生溶解。研究表明，LiΑl02具有良好的热稳定性及耐熔融碳酸盐腐蚀能力，因而目前国外普遍采用LiΑl02作电池隔膜材料。

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)具有绿色环保、原料气体来源广泛、易于组及发电效率高等特点。美国和日本始终领导着MCFC技术的发展。美国从事MCFC研究的单位主要有国际燃料电池公司(IFC)、煤气技术研究所(IGT)、能源研究公司(ERC)。1995年ERC在加州SαntαClαrα建立了2MW试验电厂，1996年夏季运行达5000h，该试验电厂共有16个电池组，电能效率为43.6％(7820Btu/kWhLHV)，电力净输出量为1.93MW。日本对MCFC的开发主要由NEDO、电力公司、煤气公司和机电设备制造厂商组成的“熔融碳酸盐型燃料电池发电系统技术研究组合(MCFC研究组合)进行。日本IHI在川越火力发电厂建成了由4个250kW叠层电池组成的1M级试验发电装置，并于1999年成功进行了发电试验，运行时间达4900多小时。而在国内，中科院大连化物所研究开发了电解质隔膜用材料LiΑl02的工艺，并已组装了(28x110)cm2单电池，现正在进行千瓦级MCFC电池组研制。上海交通大学燃料电池研究所研制并组装了(12×10)cm2MCFC单体，并于1999年11月发电成功，又在2000年3月成功完成小电堆的发电，目前正在进行lkWMCFC电堆的研制。从国内外试验结果中发现，电解质隔膜烧结、阴极溶解、阳极蠕变、双极板腐蚀、电解质流失等问题是制约其商品化的核心问题。研究人员普遍认为，

LiΑl02在650C是稳定的相态；较低C02分压的阴极气氛促进偏铝酸锂颗粒生长；高温、强碱性碳酸盐环境利于偏铝酸锂颗粒生长；电池操作条件下偏铝酸锂发生液相烧结；偏铝酸锂颗粒生长遵循溶解一沉淀机理；偏铝酸锂颗粒生长，诱发隔膜孔径粗化，致使隔膜的保持电解质能力下降，导致MCFC电池性能下降。而日本太田健一郎认为α.LiΑl02和γ.LiΑl02都可以作隔膜材料，制备的隔膜性能主要取决于隔膜材料粒度及隔膜制备工艺。隔膜制备工艺主要有热压法、电泳沉积法、冷滚法、热滚法、流铸法、带铸法。随着对隔膜材料及其制备工艺的研究，焦点集中为用带铸法制备Li～02隔膜。

偏铝酸锂作为固体氚增殖材料的研究