一种微型固体电池工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种微型固体电池工艺，利用网印刷技术已经可以成功地在阳极基底上制备出的SDC电解质膜，固体电解质是SOFC最核心的部件，它的厚度和致密度将直接影响单电池的性能。丝网印刷的电解质膜没有明显的孔洞结构，致密性好，重要的是大大的降低了电解质膜的厚度。
【专利说明】
一种微型固体电池工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电池制造工艺，特别是涉及一种微型固体电池工艺。
【背景技术】
[0002] 固体氧化物燃料电池(S0CF)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存 在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍 认为是在未来会与质子交换膜燃料电池一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。了提高稳 定性，降低制备成本，延长电池寿命，进一步推动S0FC的商业化发展，近几年各国研究的研 究热点逐渐转移到了中低温S0FC上。然而开发中低温S0FC面临着由于温度降低而导致的电 解质阻抗和电极过电位增加的问题。解决此问题的主要途径有三种:第一，降低电解质膜的 厚度，第二，开发新型中低温电解质材料，第三，研发催化活性较高的电极材料。在众多的电 解质膜的制备技术中，丝网印刷技术工艺简单而且成本低廉。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种微型固体电池工艺，解决了固体氧化电池电解质膜较厚等问题。 为实现本发明的目的，本发明的技术方案如下:一种微型固体电池工艺，所述工艺的具体步 骤如下： (1) 将用于丝网印刷的SDC粉，按照1:2的质量配比与有机粘接剂混合，之后利用玛瑙研 体进行研磨，形成稳定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡胶刮板，将SDC印刷浆料通过450-500目的涤纶丝网均匀的涂覆在阳极支撑 体上，印刷完毕后，用温度为60-75 °C的吹风机将SDC膜吹干； (3) 同样采用上述丝网印刷技术制备BSCF电池阴极； (4) 制备电解质层和电解质两侧的多孔电极前驱体层的素坯，其中电解质两侧的多孔 电极前驱体层均包含多孔合金层； (5) 素坯在800--200(TC的温度下共烧结制备多孔电极前驱体层-电解质层-多孔电极 前驱体层复合层； (6) 采用化学液相沉积法，复合层的一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阳极，另 一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阴极，完成固体氧化电池的制备。
[0004] 优选的，其特征在于，所述步骤(1)中所述有机粘接剂由12%的乙基纤维素和88%的 松油醇组成。
[0005] 优选的，所述步骤(2)中涤纶丝网的规格为165-180线/cm、丝径为30-50um、开口大 小为 20-30um、开 口率为 25-30%。
[0006]优选的，所述步骤（1)中SDC粉制备方法为:将Sm2〇3粉末溶于15-20%的稀硝酸中形 成溶液，之后加入柠檬酸，加入量为稀硝酸的5-10%，将溶液置于75-80 °C的水浴锅中蒸发， 水分蒸发完后，在100_120°C下干燥2-3h，放入马弗炉中750-800°C下焙烧2-3h，得到SDC粉 末。
[0007] 优选的，所述每lgSm2〇3粉末加入的稀硝酸为100ml。
[0008] 优选的，所述步骤（2 )中BSCF的制备方法为：将合成原料Ba (N〇3) 2、Sr (N〇3) 2、Co (NOS)〗· 6H20、Fe(N03)3 · 9H20按质量比l:l:2:3比加入EDTA缓冲溶液中，将溶液在100-120 。(:加热搅拌20-24h，直至变成凝胶，将凝胶放入烘箱，130-150 °C干燥20-24h，放入高温马弗 炉中1000-1200 °C焙烧6-7h，得到BSCF粉末。
[0009] 有益效果:本发明提供一种微型固体电池工艺，利用网印刷技术已经可以成功地 在阳极基底上制备出的SDC电解质膜，固体电解质是S0FC最核心的部件，它的厚度和致密度 将直接影响单电池的性能。丝网印刷的电解质膜没有明显的孔洞结构，致密性好，重要的是 大大的降低了电解质膜的厚度。
【具体实施方式】
[0010] 实施例1 一种微型固体电池工艺，所述工艺的具体步骤如下： (1) 将用于丝网印刷的SDC粉，按照1:2的质量配比与有机粘接剂混合，之后利用玛瑙研 体进行研磨，形成稳定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡胶刮板，将SDC印刷浆料通过450目的涤纶丝网均匀的涂覆在阳极支撑体上， 印刷完毕后，用温度为60 °C的吹风机将SDC膜吹干； (3) 同样采用上述丝网印刷技术制备BSCF电池阴极； (4) 制备电解质层和电解质两侧的多孔电极前驱体层的素坯，其中电解质两侧的多孔 电极前驱体层均包含多孔合金层； (5) 素坯在800°C的温度下共烧结制备多孔电极前驱体层-电解质层-多孔电极前驱体 层复合层； (6) 采用化学液相沉积法，复合层的一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阳极，另 一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阴极，完成固体氧化电池的制备。
[0011] 其中，所述步骤(1)中所述有机粘接剂由12%的乙基纤维素和88%的松油醇组成，所 述步骤(2)中涤纶丝网的规格为165线/cm、丝径为30um、开口大小为20um、开口率为25%，所 述SDC粉制备方法为:将Sm 2〇3粉末溶于15%的稀硝酸中形成溶液，之后加入柠檬酸，加入量为 稀硝酸的5%，将溶液置于75°C的水浴锅中蒸发，水分蒸发完后，在100°C下干燥2h，放入马弗 炉中750°C下焙烧2h，得到SDC粉末，所述每1 gSm2〇3粉末加入的稀硝酸为100ml，所述BSCF的 制备方法为：将合成原料Ba(N0 3)2、Sr(N03)2、Co(N03)2 · 6H20、Fe(N03)3 · 9H20按质量比1:1: 2:3比加入EDTA缓冲溶液中，将溶液在100°C加热搅拌20h，直至变成凝胶，将凝胶放入烘箱， 130 °C干燥20h，放入高温马弗炉中1000 °C焙烧6h，得到BSCF粉末。
[0012] 实施例2 一种微型固体电池工艺，所述工艺的具体步骤如下： (1) 将用于丝网印刷的SDC粉，按照1:2的质量配比与有机粘接剂混合，之后利用玛瑙研 体进行研磨，形成稳定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡胶刮板，将SDC印刷浆料通过500目的涤纶丝网均匀的涂覆在阳极支撑体上， 印刷完毕后，用温度为75 °C的吹风机将SDC膜吹干； (3) 同样采用上述丝网印刷技术制备BSCF电池阴极； (4) 制备电解质层和电解质两侧的多孔电极前驱体层的素坯，其中电解质两侧的多孔 电极前驱体层均包含多孔合金层； (5) 素坯在2000°C的温度下共烧结制备多孔电极前驱体层-电解质层-多孔电极前驱体 层复合层； (6) 采用化学液相沉积法，复合层的一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阳极，另 一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阴极，完成固体氧化电池的制备。
[0013]其中，所述步骤（1)中所述有机粘接剂由12%的乙基纤维素和88%的松油醇组成，所 述步骤(2)中涤纶丝网的规格为170线/cm、丝径为40um、开口大小为25um、开口率为27%，所 述SDC粉制备方法为:将Sm 2〇3粉末溶于112%的稀硝酸中形成溶液，之后加入柠檬酸，加入量 为稀硝酸的8%，将溶液置于77°C的水浴锅中蒸发，水分蒸发完后，在110°C下干燥2.5h，放入 马弗炉中770°C下焙烧2.5h，得到SDC粉末，所述每lgSm 2〇3粉末加入的稀硝酸为100ml，所述 BSCF的制备方法为：将合成原料Ba(N03)2、Sr(N03) 2、Co(N03)2 · 6H20、Fe(N03)3 · 9H20按质量 比1:1: 2:3比加入EDTA缓冲溶液中，将溶液在110°C加热搅拌22h，直至变成凝胶，将凝胶放 入烘箱，140 °C干燥22h，放入高温马弗炉中1100 °C焙烧6.5h，得到BSCF粉末。
[0014] 实施例3 一种微型固体电池工艺，所述工艺的具体步骤如下： (1) 将用于丝网印刷的SDC粉，按照1:2的质量配比与有机粘接剂混合，之后利用玛瑙研 体进行研磨，形成稳定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡胶刮板，将SDC印刷浆料通过480目的涤纶丝网均匀的涂覆在阳极支撑体上， 印刷完毕后，用温度为68 °C的吹风机将SDC膜吹干； (3) 同样采用上述丝网印刷技术制备BSCF电池阴极； (4) 制备电解质层和电解质两侧的多孔电极前驱体层的素坯，其中电解质两侧的多孔 电极前驱体层均包含多孔合金层； (5) 素坯在1400°C的温度下共烧结制备多孔电极前驱体层-电解质层-多孔电极前驱体 层复合层； (6) 采用化学液相沉积法，复合层的一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阳极，另 一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阴极，完成固体氧化电池的制备。
[0015]其中，所述步骤（1)中所述有机粘接剂由12%的乙基纤维素和88%的松油醇组成，所 述步骤(2)中涤纶丝网的规格为180线/cm、丝径为50um、开口大小为30um、开口率为30%，所 述SDC粉制备方法为:将Sm 2〇3粉末溶于20%的稀硝酸中形成溶液，之后加入柠檬酸，加入量为 稀硝酸的10%，将溶液置于80°C的水浴锅中蒸发，水分蒸发完后，在120°C下干燥3h，放入马 弗炉中800°C下焙烧3h，得到SDC粉末，所述每lgSm 2〇3粉末加入的稀硝酸为100ml，所述BSCF 的制备方法为:将合成原料Ba(N03)2、Sr(N03)2、Co(N0 3)2 · 6H20、Fe(N03)3 · 9H20按质量比 1: 1: 2: 3比加入EDTA缓冲溶液中，将溶液在120°C加热搅拌24h，直至变成凝胶，将凝胶放入烘 箱，150 °C干燥24h，放入高温马弗炉中1200 °C焙烧7h，得到BSCF粉末。
[0016] 根据上述表格数据可知，利用本发明提供的微型固体电池工艺制备的电池，电解 质膜厚度小，电池的最大功率密度高。
[0017] 本发明提供一种微型固体电池工艺，利用网印刷技术已经可以成功地在阳极基底 上制备出的SDC电解质膜，固体电解质是S0FC最核心的部件，它的厚度和致密度将直接影响 单电池的性能。丝网印刷的电解质膜没有明显的孔洞结构，致密性好，重要的是大大的降低 了电解质膜的厚度。
[0018] 由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方 案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所 有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
【主权项】
1. 一种微型固体电池工艺，其特征在于，所述工艺的具体步骤如下： (1) 将用于丝网印刷的SDC粉，按照1:2的质量配比与有机粘接剂混合，之后利用玛瑙研 体进行研磨，形成稳定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡胶刮板，将SDC印刷浆料通过450-500目的涤纶丝网均匀的涂覆在阳极支撑 体上，印刷完毕后，用温度为60-75 °C的吹风机将SDC膜吹干； (3) 同样采用上述丝网印刷技术制备BSCF电池阴极； (4) 制备电解质层和电解质两侧的多孔电极前驱体层的素坯，其中电解质两侧的多孔 电极前驱体层均包含多孔合金层； (5) 素坯在800--2000°C的温度下共烧结制备多孔电极前驱体层-电解质层-多孔电极 前驱体层复合层； (6) 采用化学液相沉积法，复合层的一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阳极，另 一多孔电极前驱体层的孔内壁上沉积电池阴极，完成固体氧化电池的制备。2. 根据权利要求1所述的微型固体电池工艺，其特征在于，所述步骤（1)中所述有机粘 接剂由12%的乙基纤维素和88%的松油醇组成。3. 根据权利要求1所述的微型固体电池工艺，其特征在于，所述步骤(2)中涤纶丝网的 规格为165-180线/cm、丝径为30-50um、开口大小为20-30um、开口率为25-30%〇4. 根据权利要求1所述的微型固体电池工艺，其特征在于，所述步骤（1)中SDC粉制备方 法为:将Sm2〇 3粉末溶于15-20%的稀硝酸中形成溶液，之后加入柠檬酸，加入量为稀硝酸的5-10%，将溶液置于75-80 °C的水浴锅中蒸发，水分蒸发完后，在100-120 °C下干燥2-3h，放入马 弗炉中750-800 °C下焙烧2-3h，得到SDC粉末。5. 根据权利要求4所述的SDC粉末制备方法，其特征在于，所述每lgSm2〇3粉末加入的稀 硝酸为l〇〇ml。6. 根据权利要求1所述的微型固体电池工艺，其特征在于，所述步骤(2)中BSCF的制备 方法为：将合成原料8&0〇 3)2、3^勵3)2、(：〇(勵3) 2.6!12〇、卩6(勵3)3.9!12〇按质量比1 :1:2:3 比加入EDTA缓冲溶液中，将溶液在100-120°C加热搅拌20-24h，直至变成凝胶，将凝胶放入 烘箱，130-150 °C的环境下干燥20-24h，放入高温马弗炉中1000-1200°C焙烧6-7h，得到BSCF 粉末。
【文档编号】H01M8/1246GK106025318SQ201610617995
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月1日
【发明人】周淑清
【申请人】安徽贝莱电子科技有限公司