CN104098118A - 一种高离子通量β〞-Al2O3前驱粉体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种高离子通量的β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备方法，其特征在于：采用拟薄水铝石作为铝的来源，HNO₃作为胶溶剂可获得稳定的拟薄水铝石胶体。将钠盐溶解在溶剂中，使其离子化为Na⁺，然后将钠盐溶液与拟薄水铝石胶体相混合，Na⁺在静电引力作用下，被吸附到拟薄水铝石粒子上，得到稳定的复合胶体，采用喷雾干燥器干燥溶胶得到干凝胶，最后在一定的温度下热处理，得到β〞-Al₂O₃前驱粉体。

Description

一种高离子通量β〞-Al2O3前驱粉体的制备方法

技术领域

一种高离子通量的β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备方法，属于化工领域。

背景技术

β〞-Al₂O₃陶瓷由于具有较高的钠离子传导性，被用作钠硫电池的固体电解质材料，其品质的优劣将很大程度上影响着电池的性能和寿命。β〞-Al₂O₃陶瓷作为固体电解质要求具有高的钠离子传导性、高致密度以及较高的机械强度，另外还需要有均匀的显微结构和成分分布。

β〞-Al₂O₃陶瓷的制备主要分为三个步骤：β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备；β〞-Al₂O₃陶瓷生坯成型；将生坯烧结成成品。其中β〞-Al₂O₃前驱粉体品质的好坏直接影响着最终陶瓷制件的性能。前驱粉体是原料粉体经初步加工得到的，制备β〞-Al₂O₃前驱粉体的传统方法是固相反应法。固相反应法采用含铝、钠的化合物（如α-Al₂O₃、Na₂CO₃或Na₂C₂O₄）为原料，添加少量Li₂O或MgO作为稳定剂，经过长时间球磨混合，热处理温度约为1200℃，烧结处理温度在1600℃以上。固相反应法工艺简单，生产成本低，设备投资小，但是物料混合不均匀，这会造成陶瓷晶相不单一，导电性能变差，而且长时间的高温热处理会造成Na₂O的大量挥发，这就意味着离子电导率的下降。

发明内容

本发明正是为了解决β〞-Al₂O₃粉体制备过程中物料混合不均匀且Na流失严重等技术问题而提供一种高离子通量的β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备方法。

本发明的技术方案是：采用拟薄水铝石作为铝的来源，HNO₃作为胶溶剂可获得稳定的拟薄水铝石胶体。将钠盐溶解在溶剂中，使其离子化为Na⁺，然后将钠盐溶液与拟薄水铝石胶体相混合，Na⁺在静电引力作用下，被吸附到拟薄水铝石粒子上，得到稳定的复合胶体，采用喷雾干燥器干燥溶胶得到干凝胶，最后在一定的温度下热处理，得到β〞-Al₂O₃前驱粉体。

本发明涉及的一种高离子通量的β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备方法，包括下列步骤：

步骤1、将适量的钠盐溶解在一定量的溶剂中，剧烈搅拌直至完全溶解，配成钠盐溶液。

步骤2、将适量拟薄水铝石粉体与去离子水以一定比例混合，超声分散30min，在强烈机械搅拌下滴加5mol/L的稀硝酸溶液，调节PH为2~4，继续搅拌3h，得到稳定透明的胶体。

步骤3、将钠盐溶液与拟薄水铝石胶体混合，搅拌均匀。

步骤4、采用喷雾干燥器干燥步骤3中的溶胶得到干凝胶。

步骤5、将步骤4中得到的干凝胶在500℃~900℃下热处理2~10h，去除有机物。

步骤6、用乙醇作为介质对步骤5的得到物质进行球磨5~20h，即得到β〞-Al₂O₃前驱粉体。

进一步，步骤1中的钠盐是NaNO₃、NaCOOCH₃、Na₂C₂O₄或Na₂SO₄，所用溶剂优选为去离子水，溶剂加入量应该能完全溶解上述钠盐。

进一步，步骤3中保持拟薄水铝石中Al元素和钠盐中Na元素的摩尔配比为4:1~11:1。

进一步，步骤4中热处理温度为600℃~900℃。

本发明所述的拟薄水铝石的化学式为A1OOH·nH₂O（0<n<1），是含水量大于薄水铝石而晶粒粒径小于薄水铝石的铝氧化合物。拟薄水铝石在升温的过程中会经历由γ-AlOOH→γ-Al₂O₃→δ-Al₂O₃→θ-Al₂O₃→α-Al₂O₃的转变。拟薄水铝石胶溶性能较好，对金属离子具有很强的吸附能力，形成的微尺度均匀稳定的复合胶体有利于制备性能更佳的β〞-Al₂O₃材料。

本发明的有益效果是，选用拟薄水铝石作为铝的来源，利用溶胶的方法增强了浆液的稳定性以及物料混合的均匀性。更重要的是，由于拟薄水铝石粒度极细，达到或接近胶体颗粒粒度，这些细粒子可成为胶核，在其表面上形成的双电层结构，将Na⁺牢固地吸附在固体表面。当对胶体进行热处理时，拟薄水铝石从无定形态发生相变成γ-Al₂O₃，在相变的过程中，吸附在拟薄水铝石上的Na⁺锁在γ-Al₂O₃晶格里，因而钠元素不会挥发。而在传统的方法中，当含钠化合物，如Na₂CO₃或Na₂C₂O₄，受热时会分解成Na₂O，导致钠的流失。在本发明中，当施加热处理时，由于含钠化合物被溶解到溶剂中形成Na⁺，Na⁺吸附到拟薄水铝石上，含钠化合物并不会分解成Na₂O。Al元素与Na和O直接反应形成β〞-Al₂O₃。

具体实施方式

实施例1

称取11.9g钠盐溶解在100ml去离子水中，剧烈搅拌直至完全溶解。往硝酸钠溶液中加入42.86g拟薄水铝石粉体，超声振荡30min。然后在强烈机械搅拌下，往其中滴加5mol/L的稀硝酸溶液调节PH为4，继续搅拌3h，得到稳定透明的胶体。采用喷雾干燥器干燥胶体得到干凝胶。雾化条件：胶体前驱物流量15ml·min^-1，热空气温度150℃，物料出口温度62℃。将干凝胶在600℃下热处理3h，去除有机物，用乙醇作为介质球磨10h后，即得到β〞-Al₂O₃前驱粉体。测量所得陶瓷在300℃下电导率为0.013S·cm^-1。

实施例2

称取11.9g钠盐溶解在100ml去离子水中，剧烈搅拌直至完全溶解。往硝酸钠溶液中加入42.86g拟薄水铝石粉体，超声振荡30min。然后在强烈机械搅拌下，往其中滴加5mol/L的稀硝酸溶液调节PH为4，继续搅拌3h，得到稳定透明的胶体。采用喷雾干燥器干燥胶体得到干凝胶。雾化条件：胶体前驱物流量15ml·min^-1，热空气温度150℃，物料出口温度62℃。将干凝胶在700℃下热处理3h，去除有机物，用乙醇作为介质球磨10h后，即得到β〞-Al₂O₃前驱粉体。

实施例3

称取11.9g钠盐溶解在100ml去离子水中，剧烈搅拌直至完全溶解。往硝酸钠溶液中加入42.86g拟薄水铝石粉体，超声振荡30min。然后在强烈机械搅拌下，往其中滴加5mol/L的稀硝酸溶液调节PH为3，继续搅拌3h，得到稳定透明的胶体。采用喷雾干燥器干燥胶体得到干凝胶。雾化条件：胶体前驱物流量15ml·min^-1，热空气温度150℃，物料出口温度62℃。将干凝胶在800℃下热处理3h，去除有机物，用乙醇作为介质球磨10h后，即得到β〞-Al₂O₃前驱粉体。

Claims (5)

1.一种高离子通量的β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将适量的钠盐溶解在一定量的溶剂中，剧烈搅拌直至完全溶解，配成钠盐溶液；

步骤2：将适量拟薄水铝石粉体与去离子水以一定比例混合，超声分散30min，在强烈机械搅拌下滴加5mol/L的稀硝酸溶液，调节PH为2~4，继续搅拌3h，得到拟薄水铝石胶体；

步骤3：将钠盐溶液与拟薄水铝石胶体混合，搅拌均匀得溶胶；

步骤4：采用喷雾干燥器干燥步骤3中的溶胶得到干凝胶；

步骤5：将干凝胶在500℃~900℃下热处理2~10h，去除有机物；

步骤6：用乙醇作为介质对步骤5的得到物质进行球磨5~20h，即得到β〞-Al₂O₃前驱粉体。

2.根据权利要求1所述的一种高离子通量的β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备方法，其特征在步骤1所述的钠盐是NaNO₃、NaCOOCH₃、Na₂C₂O₄或Na₂SO₄。

3.根据权利要求1所述一种高离子通量的β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备的方法，其特征在于步骤1所用溶剂为去离子水。

4.根据权利要求1所述的一种高离子通量的β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备方法，其特征在于步骤3中保持拟薄水铝石中Al元素和钠盐中Na元素的摩尔配比为4:1~11:1。

5.根据权利要求1所述的一种高离子通量的β〞-Al₂O₃前驱粉体的制备方法，其特征在于步骤4中热处理温度为600~900℃。