[发明专利]用于制造电池隔膜材料的锂酸铝粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池隔膜材料及其制作方法技术领域。

背景技术

燃料电池是一种高效、清洁的发电装置，作为燃料电池中的一种，熔融碳酸燃料电池具有工作温度高，余热利用价值高、电催化剂为非金属、可用脱硫煤气作燃料使之社会和经济效益显著的优点。熔融碳酸盐燃料电池由阴极、阳极和隔膜构成，其中隔膜是电池的核心部件，它必须具备较高的强度。

目前，该行业中认为较好的隔膜材料是锂酸铝(也称为锂铝氧)。经高温焙烧的方法制出锂酸铝粉体，将该粉体与一定量的粘合剂和增塑剂混合，滚压成膜制作电池隔膜。锂酸铝是陶瓷体，用它制作电池隔膜，既使在制作中添加了一些增塑剂，但是其还是比较脆，熔融碳酸盐燃料电池在600—700℃的高温下工作中不可避免地要有停电、通电的交替变化，该隔膜材料在工作中的温度变化较大，而现有技术中的锂酸铝的耐急冷急热的性能较差，表现在隔膜经常出现裂纹，甚至破裂，由此造成窜气，致使电池毁坏，经济损失惨重。这一问题严重地影响到熔融碳酸盐燃料电池的商业化应用。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术中的不足，提供一种用于制造电池隔膜材料的锂酸铝粉末，该粉末具有较高的耐冷热冲击性能，在急冷急热交替变化的工作条件下不易开裂。

本发明的另一个的目的在于提供上述锂酸铝粉末的的制备方法。

为达上述目的，本发明采取的具体技术方案如下：

一种用于制造电池隔膜材料的锂酸铝粉末，包括锂酸铝和适量金属单质粉末杂质，其中金属单质粉末杂质是铝、锂和镁中的一种或几种。

上述的用于制造电池隔膜材料的锂酸铝粉末，金属单质粉末杂质的总量占锂酸铝总重量的1—10％，更优选的是5—8％。

如果掺加的所述金属单质粉末杂质为混合物，其中各种金属单质粉末杂质的比例可以是相同的，也可以是不同的。如混合物由两种金属单质粉末构成，则各种金属单质粉末的比例为1:1。如果混合物由三种金属单质粉末构成，则各种金属单质粉末的比例为1:1:1。

金属粉加入Li—Al—O后，会形成金属间陶瓷，由此可增加锂酸铝的抗热冷冲击能力。金属抗冷热冲击能力远大于非金属。但是，金属粉的加入量也不能太多，因为如果加入过多，则会影响到锂酸铝的耐高温性和其它一些基本的优势性能，如其导电性会提高，使其作为隔膜的绝缘性降低而影响使用效果。

用于制造电池隔膜材料的锂酸铝粉末的制备方法，其步骤是：

a、制备微细的Al₂O₃球形颗粒：制备浓度为0.5—2mol/L的Al2(SO4)3或Al2(NO3)3或AlCl3水溶液；

b、制备浓度为10—50％的NaOH或KOH水溶液；

c、制备浓度为15—3％的NH3.H2O或(NH4)2SO4水溶液；

d、将上述a、b、c三个步骤制得的水溶液同时以喷雾的方式注入到反应器中；

e、将与形成所述饱和溶液的Li2CO3摩尔数同摩尔数的前面步骤制得的Al2O3粉以及占Li2CO3和Al2O3重量总和的1—10％的单质金属Al或Li或Mg粉末或其中两种或三种的混合物加入LiZCO3饱和溶液中；

f、进行搅拌、浓缩至含水含量<3％；

g、热合成：将上述烘干的晶体在500—800℃进行热合成10—200小时。

上述的步骤a，其还可以制备上述三种铝的化合物混合物的水溶液，如果是其中两种化合物的水溶液，则其两者的配比可以是1：1，如果是其中的三种化合物的水溶液，则三者的配比可以是1:1:1。

上述的步骤d，在喷雾的时候，较好的做法是：其中碱液自上而下喷雾，其它液体则自下而上喷雾；通过NaOH或KOH水溶液来调节反应物的酸碱度，维持pH值稳定的方法可以是：用定量泵固定上述a步骤的盐溶液和c步骤的NH3的加入速度，同时，根据pH测定仪微调b步骤制成的碱液的加入速度；微调碱液加入速度的方法可以有手动调节和自动调节两种，在自动调节中，通过在碱液泵上设有与pH测定仪电连接的现有技术中的调节阀装置实现根据反应液中pH值的波动及时改变碱液加入量的步骤。