隔膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适于批量制备β ” -Al2O3隔膜的方法，具体涉及一种采用已转相的β ”-Al2O3原料，通过相对低温成瓷的方法制备β ”-Al2O3隔膜，属于离子导电陶瓷材料领域。
【背景技术】
[0002]Na-β ”-Α1203是一种快离子导体，具有高离子传导性和较小的电子传导，是一种重要的固体电解质材料。Na-β ”-Α1203固体电解质作为钠基电池的关键部件和核心材料，其性能、生产工艺及成本将很大程度上影响着电池性能、成本和寿命。目前，Na-β ”-Al2O3固体电解质已成功应用在钠硫电池中，为了提高钠硫电池的安全性，通常需要降低电池的运行温度。常规做法就是降低电解质的厚度，为了实现Na-β ”-Α1203电解质的商业化生产和应用，必须选择一种高效、可行和低成本的方法实现。
[0003]目前，制备β”-Α1203隔膜的方法主要有流延法、化学气相沉积法以及磁控溅射法等。流延法由于其独有的工艺简单、成本低等特点，广泛被用做大规模生产β”_Α1203隔膜的工艺。文献或专利中已提出可以通过流延法制备厚度为100-300 μπι的β ”-Α1203隔膜，但制备的隔膜相对密度在97.3%左右，结构难以致密，不能满足电解质高电导率、高强度的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于使用一种特定要求的β ”-Al2O3原料，通过流延成型方法获得具有一定强度和柔韧性的β”_Α1203生坯。通过对生坯的一步非转相烧结，得到高强度、高电导率的β ”-Al2O3隔膜。
[0005]在此，本发明提供一种制备β ”-Al2O3隔膜的方法，包括:步骤I)以β ”-Al 203粉体为原料，加入溶剂、分散剂、粘结剂和塑化剂，球磨制得浆料，其中，所述浆料的固含量为60?85wt.% ;步骤2)将所述浆料流延在平面基体上，烘干，剥离得到β ”-Al2O3素坯；步骤3)将所述β ”-Al2O3素坯经过一步非转相低温烧结得到β ”-Al2O3隔膜。
[0006]本发明通过流延法成功制备厚度在20 μ m-500 μ m的β ”-Al2O3隔膜，利用已转相的β ”-Α1203作为原料，采用绿色溶剂(无毒、无害)制得均匀的β ”-Α1 203素坯，通过一步非转相烧结，利用相对低温(1450°C -1550°C )成瓷方法，制得相对密度95.00?99.99%(例如 99.7% )，优选 98.00 ?99.99% 的，β ”-Al2O3隔膜，电导率 1x10 5?IS.cm ^ 例如在350°C下电导率为0.24S *cm ,断裂强度100?500MPa (例如214MPa)，能够满足固体电解质的要求。本发明工艺简单、成本低，尤其可避免传统流延过程中的污染环境成分，防止β ”-Al2O3隔膜烧结中的体积逆向变化，提高陶瓷出窑率，适用于批量生产β ”-Α1 203隔膜。
[0007]本发明中，步骤I)中的原料β ”-Α1203粉体为β ”相相率> 90%且平均粒径< 2μπι 的 β ’’-Al2O3粉体。
[0008]本发明中，步骤I)中，原料β ”-Α1203粉体中含有质量比为1%?20%的助烧剂，所述助烧剂为含有错元素、钛元素或镁元素的氧化物，优选钛元素或镁元素与错元素的氧化物质量比为1:4?1:8，即，钛元素与错元素的氧化物质量比为1:4?1:8或镁元素与错元素的氧化物质量比为1:4?1:8。
[0009]较佳地，步骤I)中，选取蓖麻油或鱼油作为分散剂，分散剂的添加量为粉体的
0.5wt.%?2wt.% ο
[0010]较佳地，步骤I)中，选用异丙醇、正丁醇、乙酸丁酯、碳酸二甲酯或其任意二者组成的共沸溶液作为溶剂。
[0011]较佳地，步骤I)中，选用聚乙烯醇或聚乙二醇中的至少一种作为粘结剂，粘结剂的添加量为粉体的5wt.%?1wt.%。
[0012]较佳地，步骤I)中，选用邻苯二甲酸二甲酯与邻苯二甲酸二辛脂中的至少一种作为塑化剂，塑化剂的添加量为粉体的3wt.%?8wt.%。
[0013]本发明中，步骤2)中，所述基体为有机聚合物或无机薄膜，优选有机聚合物基体。
[0014]本发明中，步骤3)中，一步非转相烧结的烧结条件为1450?1550°C烧结I?4小时。
[0015]本发明制备得到的β ”-Α1203隔膜的厚度为20?500 μπι，β ”相相率为90?99%，相对密度为95.00?99.99 %，优选98.00?99.99 %，电导率为1x10 5?IS.cm 1，断裂强度为 100 ?500MPa。
【附图说明】
[0016]图1为制备的β ” -Al2O3粉体SEM图；
图2为流延之后素坯的上表面图；
图3为流延之后素坯的下表面图；
图4为非转相烧结后β ” - Al2O3陶瓷隔膜的断面SEM图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0018]本发明提供了一种流延法制备β”_Α1203隔膜的方法。通过流延法成功制备厚度在20μπι-500 μπι的β ”-Al2O3隔膜，利用已转相的β ”-Al 203作为原料，采用绿色溶剂(无毒、无害)制得均匀的β”_Α1203素还，通过一步非转相烧结，利用相对低温(1450。。-1550。。)成瓷方法，制得相对密度95.00?99.99% (例如99.7% )，优选98.00?99.99% 的 β ”-Al2O3隔膜。
[0019]本发明中，流延成型的原料粉体可以为由化学计量比的硝酸铝、硝酸镁、硝酸钠通过PVP-溶胶凝胶法或由化学计量比的草酸铝、草酸钠、草酸镁通过固相法合成的β "-Al2O3粉体，加入一定量的助烧剂后，选取蓖麻油或鱼油作为分散剂，分散剂的添加量为粉体的
0.5wt.% -2wt.% ;选用异丙醇、正丁醇、乙酸丁酯、碳酸二甲酯或其任意二者组成的共沸溶液作为溶剂；选用聚乙烯醇或聚乙二醇中的一种或两种作为粘结剂，粘结剂的添加量为粉体的5wt.%-1Owt.选用邻苯二甲酸二甲酯与邻苯二甲酸二辛脂中的一种或两种作为塑化剂，塑化剂的添加量为粉体的3wt.% -8wt.%。
[0020]本发明的方法包括:在制备的β ”-Α1203粉体原料中加入溶剂、分散剂、粘结剂和塑化剂，通过球磨获得均匀的浆料。采用流延方法，将浆料流延在有机聚合物或其它平面基体上，在流延机中烘干或其它方式烘干后剥离基体即得到β”_Α1203素坯。此素坯经过1450-1550°C —步非