技術(shù)背景
β-Al2O3固體電解質(zhì)具有較高的Na離子導(dǎo)電率，是鈉硫電池以及多種電化學(xué)裝置中的關(guān)鍵材料。β-Al2O3作為電解質(zhì)陶瓷要求其具有高的電導(dǎo)率、高密度、高強(qiáng)度以及均勻的顯微結(jié)構(gòu)。
目前β-Al2O3固體電解質(zhì)陶瓷的制備工藝過(guò)程可概括為：合成-制漿-干燥-等靜壓成型-燒成。得到的陶瓷管厚度通常為1.5～2mm。而要研究出一種比beta-Al203具有更高的電導(dǎo)率的新型材料在短期內(nèi)是很難實(shí)現(xiàn)的。因此，希望通過(guò)減少電解質(zhì)陶瓷的厚度來(lái)降低電解質(zhì)陶瓷的阻抗，相當(dāng)于從另一個(gè)角度上提高電解質(zhì)的導(dǎo)電率。
膜的制備有很多種方法。物理氣相沉積等方法可以控制厚度，得到的膜很致密，但是設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的要求。流延成型是一種典型的帶狀生坯、二維結(jié)構(gòu)薄片或板的成型方法，該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定，可連續(xù)操作，生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于素坯膜的制備。
具體內(nèi)容
目的在于使用粘結(jié)劑、塑性劑、分散劑等有機(jī)添加劑制備良好的流變性能的漿料，并通過(guò)流延成型獲得具有一定的強(qiáng)度和柔韌性的β-Al2O3生坯。通過(guò)對(duì)生坯的后續(xù)燒結(jié)，獲得β-Al2O3陶瓷膜。
流延成型的原料粉體可以為各種方法合成的beta-Al203粉體，其中可以含有穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑為含鋰或者鎂元素的氧化物、鋁酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽等，穩(wěn)定劑的含量為0.05wt.%～2wt.%。選取三乙醇胺或磷酸酯做為分散劑；選用乙醇、丙醇、丁酮、三氯乙烯或其任意二者組成的共沸溶液做為溶劑；聚乙烯醇縮丁醛（PVB)做為粘結(jié)劑，聚乙二醇或鄰苯二甲酸二丁酯做為塑性劑。漿料的固含量范圍控制在18～30Vol%之間；分散劑的添加量為粉體的0.5wt.%～2wt.%；粘結(jié)劑添加量為粉體為%～9wt.%；粘結(jié)劑：塑性劑的重量比范圍為1：1～1：3。
在原料粉體中加入溶劑、分散劑、粘結(jié)劑和塑性劑，通過(guò)球磨制備獲得均勻的漿料。采用流延方法，將漿料流延在不銹鋼板或塑料、玻璃等平面基體上，在空氣中自然干燥后剝離，即獲得生坯帶。將此生坯帶經(jīng)過(guò)700～1000°C預(yù)燒1～汕和1570～1650°C燒結(jié)3min～5h后即可獲得beta_Al203陶瓷膜。
采用流延法可以獲得較高致密度、厚度為100-300μm的β-氧化鋁陶瓷膜，降低了電解質(zhì)的電阻。
上述所提到的共沸溶液指的是某些不同的溶液混合后，它們的混合液具有統(tǒng)一的沸點(diǎn)，一旦兩種或多種液體混合后出現(xiàn)了共同的沸點(diǎn)，這種混合溶液就稱為共沸溶液。其溶液組成見(jiàn)《實(shí)用溶劑手冊(cè)》（上海科學(xué)技術(shù)出版社，穆光照主編）。
附圖說(shuō)明
氧化鋁陶瓷膜
圖1為流延之后的素膜上表面圖。
圖2為流延之后的素膜下表面圖。
圖3為是流延之后的素膜的斷面圖。
從三個(gè)圖中可以看出，素坯膜中粉體分散較好，沒(méi)有團(tuán)聚存在。