[发明专利]一种高强度高韧性复合陶瓷隔板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种高强度高韧性复合陶瓷隔板的制备方法，所制备的复合陶瓷隔板可用于化学电池、超级电容器、电解装置正负电极的隔离，也可用于固液分离和气固分离的过滤板。

背景技术

化学电池工业中有一类可充电池采用金属沉积/溶解的方式储能，如金属锌基电池、金属锂基电池、金属钠基电池、金属镁基电池等。采用金属电极的电池比容量非常高，但是通常有金属离子沉积为金属时的枝晶生长，枝晶穿透电池隔膜导致电池内部短路而失效。因此，采用金属沉积/溶解储能的可充电池循环寿命比较短、循环寿命难于预计，是其重大缺陷。

可充锌基电池是化学蓄电池的重要分支，是化学电源的研发热点，是正在发展的储能技术，是智能电网、智能微网和能源互联网的关键技术之一。锌的贮藏量丰富、价格便宜、比容量高，而且锌基电池的生产和使用不会对环境产生污染，是真正的绿色电池负极材料。由于具有这些优良特性，锌基电池，如锌镍二次电池、锌镍液流电池、锌溴电池等，备受研究者关注，成为储能电池的重要研发方向。二次锌电极通常采用涂膏式的氧化锌(ZnO)电极，由于放电过程中形成的ZnO在碱液中具有较大的溶解度，其循环过程中易产生锌枝晶和锌板形变，使锌电极的寿命通常限制在300次左右。为改进循环寿命特性，人们曾在电池结构方面采取措施，尝试了机械再充式、第三电极充电式等技术方法，通过更换锌电极或电池外充电等方式达到提高锌电极循环性能的目的。机械可再充式简单易行，但也存在着更换负极操作繁杂、密封不严等问题。而采用第三电极充电，仍易产生锌枝晶和锌电极形变。

可充锂电池(金属锂基电池)也存在锌基电池类似的枝晶问题，文献采用金属表面处理、电池电解液中增加添加剂等方式，但是效用不佳。可充金属钠基电池、可充金属镁基电池等，目前主要在实验室研究阶段，研究者主要集中在正极材料的研发中，也缺乏有效的枝晶问题解决方案。

可充金属基电池产生枝晶而导致电池失效的主要原因是，生长到一定程度的枝晶会刺破隔膜，造成电池内部短路。因此，我们设想使用高硬度的多孔陶瓷板作为正负电极隔板，使枝晶不能刺破该隔板，应该能够彻底解决枝晶问题。我们实验了微粉玻璃烧制的不同规格砂芯滤板作为正负电极隔板的情况，结果表明砂芯滤板能够挡住水溶液锌基电池的锌枝晶的穿刺，而一定规格的砂芯滤板也不会发生金属锌沿砂芯滤板内部孔隙方向的生长。

但是砂芯滤板在电池中应用有明显的缺陷：1、脆性及无韧性；2、难以做薄，一般在4mm以上的厚度；3、形状加工困难，砂芯滤板是高温烧结的，加工需切割、打磨等工艺。

发明内容

本发明目的是为了解决可充金属基电池容易发生枝晶短路失效的问题，克服现有可充金属基电池技术的不足而提供一种高强度高韧性复合陶瓷隔板的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高强度高韧性复合陶瓷隔板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（a）将陶瓷粉、粘接剂和固化剂均匀混合成前驱料，所述陶瓷粉、粘接剂和固化剂的质量比为75~95：23~4：2~1；

（b）将所述前驱料制成薄片，或将所述薄片制作在支撑基层表面上；

（c）将所述薄片或制作有所述薄片的支撑基层在0~200℃条件下进行固化，即得所述复合陶瓷隔板，

其中，所述粘接剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂、苯乙烯丙烯酸树脂、聚丙烯腈树脂、硅溶胶中的一种或一种以上物质。

根据本发明的进一步实施方案：

所述陶瓷粉的粒度为5~150微米。

所述陶瓷粉为氧化铝粉、二氧化硅粉、二氧化锗粉、氧化锆粉、二氧化钛粉、钛酸钡粉、钛酸锶粉、碳化硅粉、氮化硅粉、锆酸锂粉、钛酸锂粉、锆酸铝锂粉、长石粉、高岭土粉中的一种或一种以上物质。

所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、六次甲基四胺、苯胺、聚酰胺树脂、氨基磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、甲醛、苯磺酰氯、对甲基苯磺酰氯、硫酸乙酯、石油磺酸、十二烷基苯磺酸、聚甲醛、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、异氰酸酯、吡啶、过氧化苯甲酰、过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢、过氧化环己酮、过硫酸铵中的一种或一种以上物质。

步骤（a）中，为改善隔板的亲水或亲油特性，所述前驱料中还添加有羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、海藻酸、海藻酸钠、海藻酸钾、羟丙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素钾、丁苯橡胶乳、聚四氟乙烯乳、聚苯乙烯乳中的一种或一种以上物质，添加量为所述粘接剂质量的1%~10%。