一种钠电池界面同相化封接方法技术

本发明专利技术提供一种钠电池界面同相化封接方法，该方法在两种被封接材料α-Al2O3和Na-beta-Al2O3之间以封接材料进行封接，其中，在以封接材料进行封接之前，对其中一种被封接材料α-Al2O3表面进行改性使其生长出与另一种被封接材料Na-beta-Al2O3陶瓷同相的Na-beta-Al2O3膜。本发明专利技术可以在衬底α-Al2O3表面生成与Na-beta-Al2O3陶瓷同相的Na-beta-Al2O3膜，其膜有高的致密度、良好的化学稳定性、抗热震性高、与衬底α-Al2O3结合性能好等优点；对膜生长的厚度具有可控性；提高了被封接材料两侧的润湿对称性，达到提高封接性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，该方法在两种被封接材料α-Al2O3和Na-beta-Al2O3之间以封接材料进行封接，其中，在以封接材料进行封接之前，对其中一种被封接材料α-Al2O3表面进行改性使其生长出与另一种被封接材料Na-beta-Al2O3陶瓷同相的Na-beta-Al2O3膜。本专利技术可以在衬底α-Al2O3表面生成与Na-beta-Al2O3陶瓷同相的Na-beta-Al2O3膜，其膜有高的致密度、良好的化学稳定性、抗热震性高、与衬底α-Al2O3结合性能好等优点；对膜生长的厚度具有可控性；提高了被封接材料两侧的润湿对称性，达到提高封接性能的目的。【专利说明】
本专利技术涉及能源材料领域，具体涉及ー类钠电池界面同相化改性，提高被封接的两种材料润湿对称性的。
技术介绍
Na/S电池是以金属钠和硫作为电极，用Na-beta-Al203为电解质可用于储能使用的高性能的电池，其优点在于高的比能量和比功率，工作温度稳定，原材料来源丰富，价格低廉，易实现大規模生产。早在1965年美国福特公司专利技术了这种电池，随后英国、法国、德国及日本及中国相继研究。目前，Na/S电池在电网负荷平衡，应急电源以及不间断电源等方面已有所应用。中国科学院上海硅酸盐研究所对钠硫电池及其应用开展了大量的研究工作。在Na/S电池中同时采用0^1203和似-13的&41203材料，分别用做绝缘材料和电解质材料，两种材料之间以玻璃进行封接。为了保证电池的安全性和性能稳定性，a -Al2O3和Na-beta-Al203之间的封接性能尤为重要，封接后的部件应具有良好的抗热震性能，不漏气，封接部位強度高。为了实现封接的高性能，要求被封接的两个部件具有接近的热膨胀系数，与封接材料间化学稳定。目前，用于封接的材料主要是玻璃材料，例如Shufeng Song等個态电化学“Journal of Solid State Electrochemistry” 14 (2010) 1735-1740)提出了新的玻璃封接材料可以提高玻璃材料与a -Al2O3和Na-beta-Al203之间的热膨胀系数匹配性，但是由于玻璃两侧材料结构不同，性质有差异，热膨胀系数不同、对封接玻璃的润湿性有差异，这些在很大程度上降低了材料的可封接性能。另ー种钠电池钠/氯化物电池(也称ZEBRA电池)则与钠硫电池类似，Na-beta-Al203和a -Al2O3的封接也是关键的エ序和技术，其封接性能直接影响电池的性能和安全可靠性。如上所述，在Na/S和ZEBRA电池玻璃封接中由于玻璃两侧材料(a -Al2O3和Na-beta-Al203)结构不同，性质有差异，热膨胀系数不同、对封接玻璃的润湿性有差异，很大程度上降低了材料的可封接性能。如能对被封接的a-Al2O3表面进行改性，使其另ー被封接部件Na-beta-Al203表面同相化,可以实现a -Al2O3与Na_beta_Al203之间界面同相化封接以提高被封接材料两侧的润湿对称性，达到提高封接性能的目的。
技术实现思路
本专利技术人是针对钠电池中，同时采用a -Al2O3和Na-beta-Al203材料，分别用做绝缘材料和电解质材料，两种材料之间以玻璃进行封接。由于玻璃两侧材料结构不同，性质有差异，热膨胀系数不同、对封接玻璃的润湿性有差异，这些在很大程度上降低了材料的可封接性能。本专利技术人发现，对被封接材料中alpha-Al203表面的改性使其生长出Na_beta_Al203膜以达到与另ー被封接部件Na-beta-Al203陶瓷表面同相化，将可提高被封接材料两侧的润湿对称性，达到提高封接性能的目的。。在此，本专利技术提供，所述方法在两种被封接材料a -Al2O3和Na-beta-Al203之间以封接材料进行封接，其特征在于，在以所述封接材料进行所述封接之前，对其中一种被封接材料a -Al2O3表面进行改性使其生长出与另一种被封接材料 Na-beta_Al203 陶瓷同相的 Na-beta_Al203 膜。在本专利技术中， 所述封接材料可以为250 °C -600 °C之间的热膨胀系数在4.5X 10-6_6X KT6IT1的硼硅酸盐玻璃以及其他玻璃。优选的是，所述封接材料为与被封接材料在1050-1150°C下润湿角大小为20-90°的玻璃。更优选的是，所述封接材料为与所述被封接材料在1050-1150°C下润湿角大小为30-60°的玻璃。在本专利技术中，较佳地是所述被封接材料a -Al2O3和Na-beta-Al203陶瓷具有97-100%的致密度。在本专利技术中，所述被封接材料a -Al2O3表面的Na-beta-Al203膜的厚度优选为IOum-1OOum,更优选为30um-70um,膜太薄或太后不利于与衬底材料和封接玻璃的结合。在本专利技术中，优选地还包括制备Na-Zeta(NaAl5O8)与L1-zeta (LiAl5O8)混合粉体、将被封接材料a -Al2O3埋入所述混合粉料在1200°C~1500°C热处理2飞小时以在所述被封接材料C1-Al2O3表面生长Na-beta-Al203膜的处理过程。此外，所述混合粉体的粒度优选为I~3um。Na-zeta(NaAl5O8)与 L1-zeta(LiAl5O8)的质量比优选为 5:1~6:1。本专利技术的同相化封接方法得到如下效果: (1)在衬底a-Al2O3表面生成与Na-beta-Al203陶瓷同相的Na-beta_Al203膜，其膜有高的致密度、良好的化学稳定性、抗热震性高、与衬底a-Al2O3结合性能好等优点； (2)生成的膜厚度为IOum-1OOum,同时对膜生长的厚度具有可控性； (3)提高了被封接材料两侧的润湿对称性，达到提高封接性能的目的。【专利附图】【附图说明】图1是示出本专利技术实施例1在a -Al2O3片上生长的Na-beta_Al203膜的图； 图2是示出本专利技术实施例2在a -Al2O3片上生长的Na-beta-Al203膜的图； 图3是示出本专利技术实施例3在a -Al2O3片上生长的Na-beta-Al203膜的图； 图4是示出本专利技术的实施例生长的膜表面的XRD图谱； 图5是示出本专利技术的改性前后材料对玻璃的润湿角对比图； 图6是示出本专利技术实施例4在a -Al2O3片上生长的Na-beta-Al203膜的图。【具体实施方式】下面，参照说明书附图，并结合下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在钠电池中，同时采用a -Al2O3和Na-beta-Al203材料，分别用作做绝缘材料和电解质材料，两种材料之间以玻璃材料进行封接。本专利技术提供了一种同相化封接方法，包括被封接材料(a-A1203、Na-beta-Al203)以及封接材料(玻璃),在所述被封接材料中Blpha-Al2O3是经过同相化改性，即对a -Al2O3改性，使其生长出Na-beta_Al203膜以达到被封接界面同相化目的，从而提高被封接材料a -Al203、Na-beta-Al203两侧的润湿对称，提高封接性能。上述同相化封接方法可以包括以下步骤: 提供上述封接玻璃材料与被封接材料；将被封接材料a -Al2O3表面进行改性使其生长出与另ー种被封接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠电池界面同相化封接方法，所述方法在两种被封接材料α?Al2O3和Na?beta?Al2O3之间以封接材料进行封接，其特征在于，在以所述封接材料进行所述封接之前，对其中一种被封接材料α?Al2O3表面进行改性使其生长出与另一种被封接材料Na?beta?Al2O3陶瓷同相的Na?beta?Al2O3膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：温兆银，张高校，吴相伟，张敬超，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：