[发明专利]一种过渡金属离子与Dy3+

权利要求书

1.一种过渡金属离子与Dy³⁺共掺杂型Na-β(β″)-Al₂O₃固体电解质陶瓷材料，其特征在于：在化学式ⅠNa_1.67Li_0.33Al_10.67O₁₇的基础上，引入过渡金属离子M和Dy³⁺；M为Co²⁺或Zn²⁺离子，其引入量按照摩尔比为Al³⁺∶M＝50～150∶1；Dy³⁺的引入量按照摩尔比为Al³⁺∶Dy³⁺＝200～400∶1；M离子和Dy³⁺掺杂进入陶瓷晶格代替Al³⁺，Dy³⁺还以DyAlO₃晶相的形式存在；所述固体电解质陶瓷材料的体积密度大于3.18 g/cm³、300℃下的电导率＞0.075 S•cm^-1、电导活化能≤0.105 eV；

所述固体电解质陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：

(1) 埋烧料的制备

将α-Al₂O₃和Na₂CO₃按照化学式Na₂Al_10.67O₁₇进行配料，以无水乙醇为球磨介质进行球磨处理；球磨后得到的物料经烘干、过筛、压制成型后进行煅烧处理；煅烧处理后的物料经研磨、过筛，即制得埋烧料；

(2) 预合成前驱体粉料的制备

以铝源、钠源、锂源、镝源、过渡金属离子M源为原料，其中铝源、锂源按照化学式ⅠNa_1.67Li_0.33Al_10.67O₁₇进行配料，钠源的用量比化学式Ⅰ中的计量数多加7～10%，过渡金属离子M源的用量按照摩尔比为Al³⁺∶M＝50～150∶1，镝源的用量按照摩尔比为Al³⁺∶Dy³⁺＝200～400∶1；然后以无水乙醇为球磨介质进行一次球磨处理；球磨后得到的物料经烘干、过筛、压制成型后进行煅烧处理；煅烧处理后的物料经研磨、过筛，即制得预合成前驱体粉料；

(3) 固体电解质陶瓷的制备

将所述预合成前驱体粉料进行二次球磨处理，球磨后得到的物料经烘干、研磨、过筛、造粒、陈腐，得到处理料；将所述处理料放入模具中压制成型后，再用冷等静压压制，之后进行排胶热处理，得到预烧件；然后，将所述预烧件置于埋烧料内进行埋烧，即制得固体电解质陶瓷材料。

2.根据权利要求1所述的过渡金属离子与Dy³⁺共掺杂型Na-β(β″)-Al₂O₃固体电解质陶瓷材料，其特征在于：所述步骤(1)中α-Al₂O₃和Na₂CO₃的纯度不低于99.2%；所述步骤(2)中原料的纯度不低于99.9%，所述铝源为α-Al₂O₃或Al(OH)₃、钠源为无水Na₂CO₃或Na₂C₂O₄、锂源为Li₂CO₃或Li₂C₂O₄、镝源为Dy₂O₃；过渡金属离子M源中，锰源为MnCO₃、钴源为CoO或2CoCO₃•3Co(OH)₂•H₂O、镍源为NiO或NiCO₃•2Ni(OH)₂•4H₂O、锌源为ZnO或Zn₂(OH)₂CO₃、铜源为CuO或CuCO₃•Cu (OH)₂。