一種微型固體電池工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微型固體電池工藝，利用網(wǎng)印刷技術(shù)已經(jīng)可以成功地在陽極基底上制備出的SDC電解質(zhì)膜，固體電解質(zhì)是SOFC最核心的部件，它的厚度和致密度將直接影響單電池的性能。絲網(wǎng)印刷的電解質(zhì)膜沒有明顯的孔洞結(jié)構(gòu)，致密性好，重要的是大大的降低了電解質(zhì)膜的厚度。
【專利說明】
一種微型固體電池工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種電池制造工藝，特別是涉及一種微型固體電池工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 固體氧化物燃料電池(S0CF)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存 在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。被普遍 認(rèn)為是在未來會與質(zhì)子交換膜燃料電池一樣得到廣泛普及應(yīng)用的一種燃料電池。了提高穩(wěn) 定性，降低制備成本，延長電池壽命，進一步推動S0FC的商業(yè)化發(fā)展，近幾年各國研究的研 究熱點逐漸轉(zhuǎn)移到了中低溫S0FC上。然而開發(fā)中低溫S0FC面臨著由于溫度降低而導(dǎo)致的電 解質(zhì)阻抗和電極過電位增加的問題。解決此問題的主要途徑有三種:第一，降低電解質(zhì)膜的 厚度，第二，開發(fā)新型中低溫電解質(zhì)材料，第三，研發(fā)催化活性較高的電極材料。在眾多的電 解質(zhì)膜的制備技術(shù)中，絲網(wǎng)印刷技術(shù)工藝簡單而且成本低廉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種微型固體電池工藝，解決了固體氧化電池電解質(zhì)膜較厚等問題。 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種微型固體電池工藝，所述工藝的具體步 驟如下： (1) 將用于絲網(wǎng)印刷的SDC粉，按照1:2的質(zhì)量配比與有機粘接劑混合，之后利用瑪瑙研 體進行研磨，形成穩(wěn)定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡膠刮板，將SDC印刷漿料通過450-500目的滌綸絲網(wǎng)均勻的涂覆在陽極支撐 體上，印刷完畢后，用溫度為60-75 °C的吹風(fēng)機將SDC膜吹干； (3) 同樣采用上述絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備BSCF電池陰極； (4) 制備電解質(zhì)層和電解質(zhì)兩側(cè)的多孔電極前驅(qū)體層的素坯，其中電解質(zhì)兩側(cè)的多孔 電極前驅(qū)體層均包含多孔合金層； (5) 素坯在800--200(TC的溫度下共燒結(jié)制備多孔電極前驅(qū)體層-電解質(zhì)層-多孔電極 前驅(qū)體層復(fù)合層； (6) 采用化學(xué)液相沉積法，復(fù)合層的一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陽極，另 一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陰極，完成固體氧化電池的制備。
[0004] 優(yōu)選的，其特征在于，所述步驟(1)中所述有機粘接劑由12%的乙基纖維素和88%的 松油醇組成。
[0005] 優(yōu)選的，所述步驟(2)中滌綸絲網(wǎng)的規(guī)格為165-180線/cm、絲徑為30-50um、開口大 小為 20-30um、開 口率為 25-30%。
[0006]優(yōu)選的，所述步驟（1)中SDC粉制備方法為:將Sm2〇3粉末溶于15-20%的稀硝酸中形 成溶液，之后加入檸檬酸，加入量為稀硝酸的5-10%，將溶液置于75-80 °C的水浴鍋中蒸發(fā)， 水分蒸發(fā)完后，在100_120°C下干燥2-3h，放入馬弗爐中750-800°C下焙燒2-3h，得到SDC粉 末。
[0007] 優(yōu)選的，所述每lgSm2〇3粉末加入的稀硝酸為100ml。
[0008] 優(yōu)選的，所述步驟（2 )中BSCF的制備方法為：將合成原料Ba (N〇3) 2、Sr (N〇3) 2、Co (NOS)〗· 6H20、Fe(N03)3 · 9H20按質(zhì)量比l:l:2:3比加入EDTA緩沖溶液中，將溶液在100-120 。(:加熱攪拌20-24h，直至變成凝膠，將凝膠放入烘箱，130-150 °C干燥20-24h，放入高溫馬弗 爐中1000-1200 °C焙燒6-7h，得到BSCF粉末。
[0009] 有益效果:本發(fā)明提供一種微型固體電池工藝，利用網(wǎng)印刷技術(shù)已經(jīng)可以成功地 在陽極基底上制備出的SDC電解質(zhì)膜，固體電解質(zhì)是S0FC最核心的部件，它的厚度和致密度 將直接影響單電池的性能。絲網(wǎng)印刷的電解質(zhì)膜沒有明顯的孔洞結(jié)構(gòu)，致密性好，重要的是 大大的降低了電解質(zhì)膜的厚度。
【具體實施方式】
[0010] 實施例1 一種微型固體電池工藝，所述工藝的具體步驟如下： (1) 將用于絲網(wǎng)印刷的SDC粉，按照1:2的質(zhì)量配比與有機粘接劑混合，之后利用瑪瑙研 體進行研磨，形成穩(wěn)定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡膠刮板，將SDC印刷漿料通過450目的滌綸絲網(wǎng)均勻的涂覆在陽極支撐體上， 印刷完畢后，用溫度為60 °C的吹風(fēng)機將SDC膜吹干； (3) 同樣采用上述絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備BSCF電池陰極； (4) 制備電解質(zhì)層和電解質(zhì)兩側(cè)的多孔電極前驅(qū)體層的素坯，其中電解質(zhì)兩側(cè)的多孔 電極前驅(qū)體層均包含多孔合金層； (5) 素坯在800°C的溫度下共燒結(jié)制備多孔電極前驅(qū)體層-電解質(zhì)層-多孔電極前驅(qū)體 層復(fù)合層； (6) 采用化學(xué)液相沉積法，復(fù)合層的一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陽極，另 一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陰極，完成固體氧化電池的制備。
[0011] 其中，所述步驟(1)中所述有機粘接劑由12%的乙基纖維素和88%的松油醇組成，所 述步驟(2)中滌綸絲網(wǎng)的規(guī)格為165線/cm、絲徑為30um、開口大小為20um、開口率為25%，所 述SDC粉制備方法為:將Sm 2〇3粉末溶于15%的稀硝酸中形成溶液，之后加入檸檬酸，加入量為 稀硝酸的5%，將溶液置于75°C的水浴鍋中蒸發(fā)，水分蒸發(fā)完后，在100°C下干燥2h，放入馬弗 爐中750°C下焙燒2h，得到SDC粉末，所述每1 gSm2〇3粉末加入的稀硝酸為100ml，所述BSCF的 制備方法為：將合成原料Ba(N0 3)2、Sr(N03)2、Co(N03)2 · 6H20、Fe(N03)3 · 9H20按質(zhì)量比1:1: 2:3比加入EDTA緩沖溶液中，將溶液在100°C加熱攪拌20h，直至變成凝膠，將凝膠放入烘箱， 130 °C干燥20h，放入高溫馬弗爐中1000 °C焙燒6h，得到BSCF粉末。
[0012] 實施例2 一種微型固體電池工藝，所述工藝的具體步驟如下： (1) 將用于絲網(wǎng)印刷的SDC粉，按照1:2的質(zhì)量配比與有機粘接劑混合，之后利用瑪瑙研 體進行研磨，形成穩(wěn)定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡膠刮板，將SDC印刷漿料通過500目的滌綸絲網(wǎng)均勻的涂覆在陽極支撐體上， 印刷完畢后，用溫度為75 °C的吹風(fēng)機將SDC膜吹干； (3) 同樣采用上述絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備BSCF電池陰極； (4) 制備電解質(zhì)層和電解質(zhì)兩側(cè)的多孔電極前驅(qū)體層的素坯，其中電解質(zhì)兩側(cè)的多孔 電極前驅(qū)體層均包含多孔合金層； (5) 素坯在2000°C的溫度下共燒結(jié)制備多孔電極前驅(qū)體層-電解質(zhì)層-多孔電極前驅(qū)體 層復(fù)合層； (6) 采用化學(xué)液相沉積法，復(fù)合層的一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陽極，另 一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陰極，完成固體氧化電池的制備。
[0013]其中，所述步驟（1)中所述有機粘接劑由12%的乙基纖維素和88%的松油醇組成，所 述步驟(2)中滌綸絲網(wǎng)的規(guī)格為170線/cm、絲徑為40um、開口大小為25um、開口率為27%，所 述SDC粉制備方法為:將Sm 2〇3粉末溶于112%的稀硝酸中形成溶液，之后加入檸檬酸，加入量 為稀硝酸的8%，將溶液置于77°C的水浴鍋中蒸發(fā)，水分蒸發(fā)完后，在110°C下干燥2.5h，放入 馬弗爐中770°C下焙燒2.5h，得到SDC粉末，所述每lgSm 2〇3粉末加入的稀硝酸為100ml，所述 BSCF的制備方法為：將合成原料Ba(N03)2、Sr(N03) 2、Co(N03)2 · 6H20、Fe(N03)3 · 9H20按質(zhì)量 比1:1: 2:3比加入EDTA緩沖溶液中，將溶液在110°C加熱攪拌22h，直至變成凝膠，將凝膠放 入烘箱，140 °C干燥22h，放入高溫馬弗爐中1100 °C焙燒6.5h，得到BSCF粉末。
[0014] 實施例3 一種微型固體電池工藝，所述工藝的具體步驟如下： (1) 將用于絲網(wǎng)印刷的SDC粉，按照1:2的質(zhì)量配比與有機粘接劑混合，之后利用瑪瑙研 體進行研磨，形成穩(wěn)定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡膠刮板，將SDC印刷漿料通過480目的滌綸絲網(wǎng)均勻的涂覆在陽極支撐體上， 印刷完畢后，用溫度為68 °C的吹風(fēng)機將SDC膜吹干； (3) 同樣采用上述絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備BSCF電池陰極； (4) 制備電解質(zhì)層和電解質(zhì)兩側(cè)的多孔電極前驅(qū)體層的素坯，其中電解質(zhì)兩側(cè)的多孔 電極前驅(qū)體層均包含多孔合金層； (5) 素坯在1400°C的溫度下共燒結(jié)制備多孔電極前驅(qū)體層-電解質(zhì)層-多孔電極前驅(qū)體 層復(fù)合層； (6) 采用化學(xué)液相沉積法，復(fù)合層的一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陽極，另 一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陰極，完成固體氧化電池的制備。
[0015]其中，所述步驟（1)中所述有機粘接劑由12%的乙基纖維素和88%的松油醇組成，所 述步驟(2)中滌綸絲網(wǎng)的規(guī)格為180線/cm、絲徑為50um、開口大小為30um、開口率為30%，所 述SDC粉制備方法為:將Sm 2〇3粉末溶于20%的稀硝酸中形成溶液，之后加入檸檬酸，加入量為 稀硝酸的10%，將溶液置于80°C的水浴鍋中蒸發(fā)，水分蒸發(fā)完后，在120°C下干燥3h，放入馬 弗爐中800°C下焙燒3h，得到SDC粉末，所述每lgSm 2〇3粉末加入的稀硝酸為100ml，所述BSCF 的制備方法為:將合成原料Ba(N03)2、Sr(N03)2、Co(N0 3)2 · 6H20、Fe(N03)3 · 9H20按質(zhì)量比 1: 1: 2: 3比加入EDTA緩沖溶液中，將溶液在120°C加熱攪拌24h，直至變成凝膠，將凝膠放入烘 箱，150 °C干燥24h，放入高溫馬弗爐中1200 °C焙燒7h，得到BSCF粉末。
[0016] 根據(jù)上述表格數(shù)據(jù)可知，利用本發(fā)明提供的微型固體電池工藝制備的電池，電解 質(zhì)膜厚度小，電池的最大功率密度高。
[0017] 本發(fā)明提供一種微型固體電池工藝，利用網(wǎng)印刷技術(shù)已經(jīng)可以成功地在陽極基底 上制備出的SDC電解質(zhì)膜，固體電解質(zhì)是S0FC最核心的部件，它的厚度和致密度將直接影響 單電池的性能。絲網(wǎng)印刷的電解質(zhì)膜沒有明顯的孔洞結(jié)構(gòu)，致密性好，重要的是大大的降低 了電解質(zhì)膜的厚度。
[0018] 由技術(shù)常識可知，本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方 案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所 有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
【主權(quán)項】
1. 一種微型固體電池工藝，其特征在于，所述工藝的具體步驟如下： (1) 將用于絲網(wǎng)印刷的SDC粉，按照1:2的質(zhì)量配比與有機粘接劑混合，之后利用瑪瑙研 體進行研磨，形成穩(wěn)定的SDC印刷楽:料； (2) 利用橡膠刮板，將SDC印刷漿料通過450-500目的滌綸絲網(wǎng)均勻的涂覆在陽極支撐 體上，印刷完畢后，用溫度為60-75 °C的吹風(fēng)機將SDC膜吹干； (3) 同樣采用上述絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備BSCF電池陰極； (4) 制備電解質(zhì)層和電解質(zhì)兩側(cè)的多孔電極前驅(qū)體層的素坯，其中電解質(zhì)兩側(cè)的多孔 電極前驅(qū)體層均包含多孔合金層； (5) 素坯在800--2000°C的溫度下共燒結(jié)制備多孔電極前驅(qū)體層-電解質(zhì)層-多孔電極 前驅(qū)體層復(fù)合層； (6) 采用化學(xué)液相沉積法，復(fù)合層的一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陽極，另 一多孔電極前驅(qū)體層的孔內(nèi)壁上沉積電池陰極，完成固體氧化電池的制備。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型固體電池工藝，其特征在于，所述步驟（1)中所述有機粘 接劑由12%的乙基纖維素和88%的松油醇組成。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型固體電池工藝，其特征在于，所述步驟(2)中滌綸絲網(wǎng)的 規(guī)格為165-180線/cm、絲徑為30-50um、開口大小為20-30um、開口率為25-30%〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型固體電池工藝，其特征在于，所述步驟（1)中SDC粉制備方 法為:將Sm2〇 3粉末溶于15-20%的稀硝酸中形成溶液，之后加入檸檬酸，加入量為稀硝酸的5-10%，將溶液置于75-80 °C的水浴鍋中蒸發(fā)，水分蒸發(fā)完后，在100-120 °C下干燥2-3h，放入馬 弗爐中750-800 °C下焙燒2-3h，得到SDC粉末。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的SDC粉末制備方法，其特征在于，所述每lgSm2〇3粉末加入的稀 硝酸為l〇〇ml。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型固體電池工藝，其特征在于，所述步驟(2)中BSCF的制備 方法為：將合成原料8&0〇 3)2、3^勵3)2、(：〇(勵3) 2.6!12〇、卩6(勵3)3.9!12〇按質(zhì)量比1 :1:2:3 比加入EDTA緩沖溶液中，將溶液在100-120°C加熱攪拌20-24h，直至變成凝膠，將凝膠放入 烘箱，130-150 °C的環(huán)境下干燥20-24h，放入高溫馬弗爐中1000-1200°C焙燒6-7h，得到BSCF 粉末。
【文檔編號】H01M8/1246GK106025318SQ201610617995
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月1日
【發(fā)明人】周淑清
【申請人】安徽貝萊電子科技有限公司