[发明专利]一种β"-氧化铝陶瓷隔膜的制取方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子导电陶瓷材料技术领域，特别涉及一种β″-氧化铝陶瓷隔膜的制取方法。 

背景技术

晶相为β″-氧化铝相陶瓷是一种固体电解质兼隔膜，并在硫钠电池运行中专门传导钠离子的陶瓷材料。比能量高、使用寿命长的硫钠电池，要求陶瓷具有优良的性能和均一结构，β″-氧化铝陶瓷的这些性能强烈依赖于制造工艺。 

传统制备β″-氧化铝陶瓷管壳的方法是选用超细氧化铝粉末，晶型为α型或α、γ混合型，事先将经过计量的氧化铝粉末和需要加入的成份经混料机长时间混合，混合料经成形压机压制成所需尺寸的素坯管，然后经高温煅烧形成含有β″-氧化铝相的氧化铝陶瓷管壳。由于这种生产方法所使用的原料是经过事先煅烧的含有足够量α相的氧化铝，用这种晶型的氧化铝来生成含有β″-氧化铝陶瓷需要极高的烧结温度(1580℃以上)和极长的烧结时间。长时间高温下使的有效成分Na₂O很容易挥发掉，这对以反应烧结来生成含有β″-氧化铝陶瓷来说是有害的。再者，采用这种原料也存在如下不足：一是氧化铝的超细粉和加入的成分不可能达到理想的混合程度，有混合死角不可避免，对陶瓷的影响就是晶相不单一，β″-氧化铝陶瓷杂相多，导电性能变差；晶体异向增长，造成陶瓷机械强度变差；二是这种原料生产方法只能采用压制成型，只能生产小尺寸陶瓷壳，大尺寸管壳生产受到一定制约。不适应大容量电池的生产。 

专利：CN1233082A中的β″-氧化铝陶瓷是假烧体经过浸Na得到的，实施过程中造成材料批次成份稳定性差。再者，假烧体是一种多孔材料时，烧结后陶瓷体的强度受影响很大。还有β″-氧化铝和α-氧化铝固体粉末的混料均匀性差直接影响陶瓷性能。假烧体问题突出，一、不加成孔剂能形成通孔材料值得讨论。二、假烧体首先经过1000℃以上的烧结后再冷却使 用，在能源紧缺的当今显得很不经济。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种β″-氧化铝陶瓷隔膜的制取方法，解决目前现有技术存在的稳定性差、生产难于操作、不适宜规模生产的问题。 

为达到发明目的，本发明提供了一种β″-氧化铝陶瓷隔膜的制取方法，以β″-氧化铝粉末为原料，首先进行氧化铝粉料的塑化处理，再进行陶瓷素坯成型，然后陶瓷素坯采用负压低温烘干，最后进行陶瓷隔膜的烧结。 

进一步地，所述烧结过程中温度变化速率1.0-3.0℃/min，同时升温采用四段恒温方法，使所述陶瓷素坯依次达到四个恒温点，所述四个恒温点分别是500-600℃、800-1000℃、1250-1350℃、200-300℃，并且在各个恒温点的保温时间为150到180min。 

进一步地，所述陶瓷素坯的壁厚、收缩率分别控制在2.5-4.0mm、18-23％，所述负压为-3atm到-1atm，同时所述陶瓷隔膜的烧结是在隧道窑中进行的。 

进一步地，所述陶瓷素坯成型采用流延浇筑成型。 

进一步地，所述塑化处理采用的塑化剂为铝溶胶。 

进一步地，所述陶瓷素坯壁厚为3.0-3.5mm。 

进一步地，所述陶瓷素坯收缩率为22-22.5％。 

进一步地，所述烘干温度为50-80℃。 

进一步地，所述烘干的温度为55-70℃。 

进一步地，所述陶瓷隔膜烧结的温度变化速率为2.0-2.5℃/min。 

进一步地，所述四个恒温点分别为550-580℃、900-950℃、1280-1350℃、260-280℃。 

进一步地，所述制得的陶瓷隔膜是多晶体，晶粒尺寸17-35um，晶粒级配是双峰分布。 

进一步地，所述β″-氧化铝是通过如下方法制取的： 

第一步，制备能产出前驱体的铝酸钠溶液，该溶液含NT150-350g/l， 含AO10-50g/l，温度20-45℃，粘度1-30MPa/s； 

第二步，前驱体的分解；往所述铝酸钠溶液加入分解助剂，同时在前驱体分解过程中控制好加入分解助剂的速度、流量以及设备的搅拌速度，从而制得前驱体浆液，并确保前驱体物质物相组成中包含碳酸铝钠和高活性凝胶氢铝，粒子尺寸纳米级；然后进行前驱体浆液的老化、分离，并洗涤至所需碱含量； 

第三步，前驱体的烘干；在烘干前，将经洗涤后的前驱体膏体进行皂化处理，皂化剂加入的量为前驱体干基质量的20-80％；