一种立方状γ-AlOOH前驱体、Na-β″-Al2O3固体电解质粉体及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种立方状γ‑AlOOH前驱体、Na‑β″‑Al

【技术实现步骤摘要】
一种立方状γ-AlOOH前驱体、Na-β″-Al2O3固体电解质粉体及其制备方法
本专利技术属于无机材料制备
，特别涉及一种立方状γ-AlOOH前驱体、Na-β″-Al2O3固体电解质粉体及其制备方法。
技术介绍
快离子导体是一类具有较高离子电导率的固态离子导体，其电导率可与部分液体电解质和熔盐相比，故又称固体电解质陶瓷。相对于液体电解质，固态电解质因具有工作温度高、电化学窗口广、理化性质稳定、安全性能高以及环境友好等诸多优势，引起了世界各国政府和科研人员的关注和研究热潮。目前发现的快离子导体材料多达数百种，其中较为典型的有：钠离子导体、氧离子导体、锂离子导体和氢离子导体等，作为钠离子导体家族的重要一员，Na-β"-Al2O3具有较高的钠离子电导率和极低的电子导电率，在以下几个领域被广泛应用：钠硫电池、钠-卤化物电池、金属的电化学法提纯、融盐电解制备化合物等。目前，在Na-β"-Al2O3电解质粉体的制备领域，被广泛应用的工艺是高温固相法和液相法(溶胶-凝胶、共沉淀和水热合成等)。其中，高温固相法通常以Al2O3为原料，通过混料、球磨、煅烧等工序制得，工艺简单，生产成本低，但往往需要较高的烧结温度(高达1500～1600℃)，其很难获得颗粒细小的粉体。此外，长时间的高温处理使Na的挥发严重，造成产物纯度降低。与之相比，大多数的液相法都在某种程度上降低了合成温度，克服了高温固相法所存在的缺点，但采用液相法制备过程中，往往会使用可溶性金属盐、碱性沉淀剂、有机物络合剂和表面活性剂等原料，它们在反应过程中会排放含盐废水和有机物污染物，不利于环境保护和人体健康。众所周知，在制备Na-β"-Al2O3电解质粉体过程中一般需要制备前驱体，Na-β"-Al2O3电解质粉体的最终理化性质往往高度依赖于前驱体的形貌和结构特征，现有技术中采用的前驱体有：α-Al2O3，NaAlO2和勃姆石(γ-AlOOH)，其中勃姆石(γ-AlOOH)作为一种典型的羟基氧化物化合物，其潜在的应用价值以及出色的理化特性(包括较高的热和化学稳定性、高表面积、出色的生物相容性、合成过程可控等)，吸引了越广泛的研究兴趣，但是勃姆石(γ-AlOOH)本身的制备的也存在污染环境的问题。截至目前，多种合成路线被用来制备具有可控结构和组成的γ-AlOOH前驱体，包括：溶胶-凝胶法、液相沉淀法、溶剂热和水热法[1-3]，在这些方法中，水热法因具有合成条件温和、实验参数灵活可调等优点，倍受关注。用于制备γ-AlOOH的传统水热反应通常需要两种及以上原料：可溶性铝盐、pH调节剂或表面活性添加剂[4-8]，将可溶性铝盐：如Al(NO3)3·6H2O和AlCl3等，溶解于水溶液中提供反应所需的Al3+离子，再加入碱性沉淀剂来提供OH-离子，以及表面活性剂控制水热反应时晶体的生长取向，进而调控γ-AlOOH产物形貌；然而这些可溶性铝盐在水中解离并提供反应所需的Al3+离子同时也产生了一些非生产性阴离子，使得溶液中Al3+离子占目标产物γ-AlOOH的质量不到一半，最终导致原子经济性较低，此外，传统的水热法不可避免会排放如可溶性盐和有机溶剂-水的混合物等副产物，这些副产物不利于环境保护和人类健康。专利技术人提供一种立方状γ-AlOOH前驱体、Na-β″-Al2O3固体电解质粉体及其制备方法，将勃姆石(γ-AlOOH)作为前驱体应用于Na-β"-Al2O3电解质粉体制备过程中，并解决了Na-β"-Al2O3电解质粉体和勃姆石(γ-AlOOH)过程中的污染等问题。参考文献：[1]Q.Qin,T.Kim,X.Duan,J.Lian,W.Zheng.CrystalGrowth&Design,16(2016)6139-6143.[2]T.K.Vo,H.-K.Park,C.-W.Nam,S.-D.Kim,J.Kim.Journalofindustrialandengineeringchemistry,60(2018)485-492.[3]G.-h.Liu,Z.Li,X.-b.Li,T.-g.Qi,Z.-h.Peng,Q.-s.Zhou.InternationalJournalofMinerals,Metallurgy,andMaterials,24(2017)954-963.[4]Y.Feng,W.Lu,L.Zhang,X.Bao,B.Yue,Y.lv,X.Shang.CrystalGrowthandDesign,8(2008)1426-1429.[5]Z.Wang,H.Du,J.Gong,S.Yang,J.Ma,J.Xu.ColloidsandSurfacesA:PhysicochemicalandEngineeringAspects,450(2014)76-82.[6]F.Meng,G.Rong,X.Zhang,W.Huang.MaterLett,129(2014)114-117.[7]T.He,L.Xiang,W.Zhu,S.Zhu.MaterLett,62(2008)2939-2942.[8]L.Zhang,W.Lu,L.Yan,Y.Feng,X.Bao,J.Ni,X.Shang,Y.Lv.MicroporMesoporMat,119(2009)208-216.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种立方状γ-AlOOH前驱体、Na-β″-Al2O3固体电解质粉体及其制备方法，解决现有技术在制备γ-AlOOH前驱体过程中的原子经济性低，Na-β"-Al2O3电解质粉体和γ-AlOOH前驱体的制备过程中副产物污染环境、不利于人体健康的问题。本专利技术的技术方案：一种立方状γ-AlOOH前驱体制备方法，包括如下步骤：将氢氧化铝和水按照一定的比例混合后置于反应釜中，在180-220℃下反应4-10小时后，再将反应后的悬浊液经过滤、洗涤、烘干，得到具有立方形状的γ-AlOOH前驱体。优选的，所述的氢氧化铝与水的混合比例为0.2-1mol：1L。再优选的，所述的氢氧化铝与水的混合比例为0.4mol：1L。一种立方状γ-AlOOH前驱体，由一种立方状γ-AlOOH前驱体制备方法制备得到。一种Na-β″-Al2O3固体电解质粉体的制备方法，包括如下步骤：将上述任一项所述的立方状γ-AlOOH前驱体和钠盐、镁稳定剂，按照目标产物为Na1.67Mg0.67Al10.33O17的金属元素计量比称重配料，加入乙醇介质球磨后，在干燥的空气气氛中煅烧，获得Na-β″-Al2O3固体电解质粉体。优选的，所述钠盐为碳酸钠或氧化钠中的一种或两种。优选的，所述镁稳定剂为氧化镁、硝酸镁或醋酸镁中的一种或多种。优选的，所述煅烧温度为1100℃-1400℃，保温时间为1-4小时。再优选的，所述煅烧温度为1300℃，保温时间为2小时。一种Na-β″-Al2O3固体电解质粉体，由一种Na-β″-Al2O3固体电解质粉体的制备方法制备得到。...

【技术保护点】
1.一种立方状γ-AlOOH前驱体制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将氢氧化铝和水按照一定的比例混合后置于反应釜中，在180-220℃下反应4-10小时后，再将反应后的悬浊液经过滤、洗涤、烘干，得到具有立方形状的γ-AlOOH前驱体。/n

【技术特征摘要】
1.一种立方状γ-AlOOH前驱体制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将氢氧化铝和水按照一定的比例混合后置于反应釜中，在180-220℃下反应4-10小时后，再将反应后的悬浊液经过滤、洗涤、烘干，得到具有立方形状的γ-AlOOH前驱体。


2.根据权利要求1所述的一种立方状γ-AlOOH前驱体的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化铝与水的混合比例为0.2-1mol：1L。


3.根据权利要求2所述的一种立方状γ-AlOOH前驱体的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化铝与水的混合比例为0.4mol：1L。


4.一种立方状γ-AlOOH前驱体，其特征在于：由权利要求1-3任一所述方法制备得到。


5.一种Na-β″-Al2O3固体电解质粉体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将权利要求1-3中任一项所述的立方状γ-AlOOH前驱体、钠盐和镁稳定剂，按照目标产物为Na1.67Mg0.67Al10....

【专利技术属性】
技术研发人员：武开鹏，刘弟伟，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51