[发明专利]一种制备钠电池用beta-Al2O3陶瓷电解质隔膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钠电池用电解质隔膜的成型方法，具体地，涉及一种制备钠电池用beta-Al₂O₃陶瓷电解质隔膜的方法。 

背景技术

Beta-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，其在钠电池中起到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。 

随着钠电池，尤其以钠硫电池、钠－氯化物电池为代表的钠电池研究热潮的再次掀起，对beta-Al₂O₃电解质隔膜的形状、厚度及性能提出了更高的要求。一方面，为了降低电解质的电阻，希望beta-Al₂O₃陶瓷隔膜朝着更薄的方向发展；另一方面，为了提高电化学反应界面，管式电解质的形状也朝着异型、复杂结构发展，如用于钠－氯化物电池的四叶草状电解质隔膜。 

目前，管式和四叶草状beta-Al₂O₃陶瓷隔膜的成型主要以冷等静压成型工艺为主。文献（X.G.Xu，Z.Y.Wen et al.,Ceramics International,35(4)(2009)1429-1434）报道了凝胶注模成型制备beta-Al₂O₃的工艺；专利CN101462868A公开了流延法制备beta-Al₂O₃片式隔膜的方法。 

上述等静压成型工艺中，喷雾造粒过程与成型过程是完全分开的，该工艺的生产效率低，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beta-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beta-Al₂O₃素坯管的壁厚的一致性。 

而上述凝胶注模及流延法成型均需要加入大量的有机添加剂，既污染环境，增加成本，又会造成陶瓷隔膜在烧结过程中难以致密化（相对密度小于98%T.D.），影响电解质的导电性和机械性能。此外，流延法仅限于片式隔膜的制备，不易实现异型、复杂结构电解质隔膜的制备。 

发明内容

鉴于以上所述，本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备钠电池用beta-Al₂O₃陶瓷电解质隔膜的方法，以克服现有技术中的不足。 

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制备钠电池用beta-Al₂O₃陶瓷电解质隔膜的方法，包括：步骤（1），基于Al源与Na源及Al源与Li源分别合成作为前驱粉体的Na-Z粉体及Li-Z粉体；步骤（2），将所述Na-Z粉体及Li-Z粉体按照规定的摩尔比混合，并与粘结剂及溶剂混合后配置成料浆；步骤（3），将所述料浆雾化后喷射在旋转的芯棒上以冷凝成型为基体；步骤（4），在冷凝成型后的所述基体的外面套上塑料膜并进行等静压加工后脱模得到beta-Al₂O₃素坯；步骤（5），将所述beta-Al₂O₃素坯排塑后进行高温烧成，得到beta-Al₂O₃陶瓷电解质隔膜。