JP2001172073A - beta-ALUMINA ELECTROLYTE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME - Google Patents
beta-ALUMINA ELECTROLYTE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAMEInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ナトリウムイオン
をキャリアとして作動するナトリウム−硫黄電池及びナ
トリウム−溶融塩電池等の二次電池、あるいは、アルカ
リ金属熱電変換電池等の固体電解質として用いるベータ
アルミナ電解質及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beta-alumina electrolyte used as a secondary battery such as a sodium-sulfur battery and a sodium-molten salt battery or a solid electrolyte such as an alkali metal thermoelectric conversion battery, which operates using sodium ions as a carrier. And its manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】ベータアルミナ電解質は、高いナトリウ
ムイオン導電性を有するため、ナトリウムイオンをキャ
リアとする各種電池の電解質として利用されている。そ
して、この電解質は電池の内部抵抗のかなりの部分を占
めるため、高導電性でかつ高強度を示す緻密な焼結体が
好ましい。また、ベータアルミナには、βアルミナ(理
論組成Na2O・11Al2O3)及びβ"アルミナ(理論組成Na2O
・5.3Al2O3)という2種類の結晶形が存在する。β"アル
ミナの方が導電性が高く、電池として高性能を示すた
め、実用的には、β"アルミナあるいはβ"アルミナとβ
アルミナの混合物が多用されている。2. Description of the Related Art Beta alumina electrolyte has high sodium ion conductivity and is therefore used as an electrolyte for various batteries using sodium ions as a carrier. Since this electrolyte occupies a considerable part of the internal resistance of the battery, a dense sintered body having high conductivity and high strength is preferable. The beta alumina includes β alumina (theoretical composition Na 2 O · 11Al 2 O 3 ) and β ″ alumina (theoretical composition Na 2 O
• There are two types of crystal forms, 5.3Al 2 O 3 ). Since β "alumina has higher conductivity and shows high performance as a battery, practically, β" alumina or β "alumina and β
A mixture of alumina is frequently used.
【0003】ベータアルミナ電解質に含まれる不純物が
その導電特性や耐久性に悪影響を及ぼすことが知られて
おり、したがって一般に出発原料にはコストの高い高純
度のものを使用している。その原料コストを下げるため
には、純度の低い原料を用いても、従来と同等の導電特
性を持つベータアルミナ電解質を製造できる方法が必要
である。[0003] It is known that impurities contained in a beta-alumina electrolyte adversely affect its conductivity and durability. Therefore, generally, starting materials having high cost and high purity are used. In order to reduce the cost of the raw material, there is a need for a method capable of producing a beta-alumina electrolyte having conductive properties equivalent to those of the related art, even if a raw material having low purity is used.
【0004】一方、特許第2135003号では、ベータアル
ミナ中の微量成分の含有量をSiO2<200ppm、Fe2O3<1000p
pm、CaO<100ppm、K2O<200ppmとし、かつSiO2+Fe2O3+CaO
+K2Oの総量を100ppm以上と規定することにより、初期及
び長期通電後の焼結体の導電特性を向上させることがで
きるとしている。しかし、不純物としてのSiO2、CaO、K
2Oの量がかなり微量に制限されているのが問題である。On the other hand, in Japanese Patent No. 2135003, the content of trace components in beta-alumina is adjusted to SiO 2 <200 ppm and Fe 2 O 3 <1000 p.
pm, CaO <100 ppm, K 2 O <200 ppm, and SiO 2 + Fe 2 O 3 + CaO
By specifying the total amount of + K 2 O to be 100 ppm or more, it is possible to improve the electrical conductivity of the sintered body after the initial and long-term energization. However, SiO 2 , CaO, K as impurities
The problem is that the amount of 2 O is limited to a very small amount.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従って、さらに多くの
不純物が含まれている原料を用いても、高い導電性を有
するベータアルミナ電解質及びその製造方法の提供が課
題になっていた。Accordingly, it has been an object to provide a beta-alumina electrolyte having high conductivity even if a raw material containing more impurities is used, and a method for producing the same.
【0006】[0006]
【課題を解決する手段】本発明の発明者らは、ベータア
ルミナ中の不純物の存在状態を分析するために、高純度
の出発原料を用いたものにSiO2、CaO、K2Oをそれぞれ添
加したベータアルミナ焼結体を作製し、組織観察を行
い、その結果からいずれも粒界にガラス相として存在し
ていたことを突き止め、よって、SiO2、CaO、K2Oが粒界
にガラス相として存在していることがベータアルミナの
特性劣化(主に導電率の低下)、また、耐久性の低下の
原因であると考えた。そこで、これらの粒界ガラス相を
含むβ"アルミナに結晶化処理を施したところ、図1
(a)に示すように、粒子1の間に生成した粒界のガラ
ス相2が、粒界相の結晶化処理3で、同図(b)に示す
ように、粒界三重点に結晶化し、これにより界面の不純
物相が凝集し、最終的には、同図(c)に示すように、
粒界三重点に不純物が結晶化した相が分散した組織とな
り、不純物を含んだ原料を用いても導電特性の劣化が無
く、優れた耐久性を有するベータアルミナが得られた。
本発明は、この知見に基づくものである。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention added SiO 2 , CaO, and K 2 O to those using high-purity starting materials in order to analyze the state of impurities in beta alumina. A beta-alumina sintered body was prepared, and the structure was observed.From the results, it was determined that all of them existed as a glass phase at the grain boundary.Therefore, SiO 2 , CaO, and K 2 O Is considered to be a cause of deterioration of the characteristics of the beta-alumina (mainly a decrease in conductivity) and a decrease in durability. When β-alumina containing these grain boundary glass phases was subjected to crystallization, Fig. 1
As shown in (a), the glass phase 2 at the grain boundary generated between the particles 1 is crystallized at the grain boundary triple point as shown in FIG. Thereby, the impurity phase at the interface is aggregated, and finally, as shown in FIG.
A structure in which a phase in which impurities were crystallized at the grain boundary triple point was dispersed, and beta alumina having excellent durability was obtained without deterioration of conductive properties even when a raw material containing impurities was used.
The present invention is based on this finding.
【0007】上記課題は、100〜1000ppmのSiO2、100〜5
00ppmのCaOもしくはK2Oを含み、残部がアルミニウム出
発源とナトリウム出発源から実質的になることを特徴と
するベータアルミナ電解質及びその製造方法の提供によ
って解決される。[0007] The above-mentioned problems, SiO 2 of 100~1000ppm, 100~5
The problem is solved by providing a beta-alumina electrolyte containing 00 ppm CaO or K 2 O, and the balance substantially consisting of an aluminum starting source and a sodium starting source, and a method for producing the same.
【0008】また、本発明の製造方法は、SiO2を100〜1
000ppm、CaO、K2Oを100〜500ppm含む原料を用いてベー
タアルミナを製造する際、焼結条件として最高温度に到
達後、ガラスの結晶化温度域である600〜1100℃で保持
することを特徴とするベータアルミナ電解質の製造方法
である。Further, according to the production method of the present invention, SiO 2
000 ppm, CaO, when manufacturing a beta alumina using a raw material containing 100~500ppm a K 2 O, after reaching the maximum temperature of sintering conditions, to hold at 600 to 1100 ° C. is the crystallization temperature region of the glass This is a method for producing a beta alumina electrolyte, which is a feature of the present invention.
【0009】本発明の好ましい製造方法は、SiO2を100
〜1000ppm、CaO、K2Oを100〜500ppm含む原料を用いてベ
ータアルミナを製造する際、ガラスの核形成剤としてTi
O2又はZrO2もしくはその両方を100〜500ppm含有してな
ることを特徴とするベータアルミナ電解質の製造方法で
ある。[0009] A preferred production method of the present invention, the SiO 2 100
~1000ppm, CaO, when manufacturing a beta alumina using a raw material containing 100~500ppm a K 2 O, Ti as a nucleating agent for the glass
O 2 or ZrO 2 or both is a method for producing a beta-alumina electrolyte, characterized by containing 100 to 500 ppm.
【0010】本発明のさらに好ましい製造方法は、SiO2
を100〜1000ppm、CaO、K2Oを100〜500ppm含む原料を用
いてベータアルミナを製造する際、ガラスの核形成剤と
してTiO2又はZrO2もしくはその両方を100〜500ppm含有
し、焼結条件として最高温度に到達後、ガラスの結晶化
温度域である600〜1100℃で保持することを特徴とする
ベータアルミナ電解質の製造方法である。[0010] A further preferred manufacturing method of the present invention, SiO 2
The 100 to 1000 ppm, CaO, when manufacturing a beta alumina using a raw material containing 100~500ppm a K 2 O, the TiO 2 or ZrO 2 or both contain 100~500ppm as nucleating agent of the glass, sintering conditions A method for producing a beta-alumina electrolyte, characterized in that after reaching the maximum temperature, the temperature is maintained at 600 to 1100 ° C., which is the glass crystallization temperature range.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるベータアル
ミナ電解質及びその製造方法の好ましい実施形態につい
て詳述するが、それに限るものではない。本発明のベー
タアルミナ電解質の製造方法は、出発原料にSiO2を100
〜1000ppm、CaO、K2Oをそれぞれ100〜500ppm含む原料を
用い、例えば次のようなステップで製造することができ
る。まず、ステップでは、アルミニウム出発原料とナ
トリウム出発原料を混合し、原料粉末を調製する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of a beta alumina electrolyte and a method for producing the same according to the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto. Method for producing a beta-alumina electrolyte of the present invention, the SiO 2 in the starting material 100
~1000Ppm, CaO, using a raw material containing 100 to 500 ppm K 2 O, respectively, can be produced, for example, following steps. First, in the step, an aluminum starting material and a sodium starting material are mixed to prepare a raw material powder.
【0012】このステップにおいては、アルミニウム出
発原料としては酸化アルミニウムが好ましい。また、ナ
トリウム出発原料としては炭酸ナトリウム、硝酸ナトリ
ウムなどのナトリウム塩類などが使用できる。アルミニ
ウム出発原料とナトリウム出発原料の混合比率は、Al2O
3/Na2Oのモル比に換算して5〜7の範囲となることが好
ましい。In this step, the aluminum starting material is preferably aluminum oxide. As the sodium starting material, sodium salts such as sodium carbonate and sodium nitrate can be used. The mixing ratio of the aluminum starting material and the sodium starting material is Al 2 O
Preferably, the molar ratio of 3 / Na 2 O is in the range of 5 to 7.
【0013】アルミニウム出発原料とナトリウム出発原
料との混合は、粉末状で混合しても良いが、アルミニウ
ム出発原料とナトリウム出発原料を水と混合し、必要に
より分散剤を添加して湿式混合するのが望ましい。ま
た、後の結晶化処理に応じて、核形成剤を用いることが
好ましい。この場合には、チタニウム出発原料またはジ
ルコニウムもしくはその両方を出発原料と同時に混合す
ることが好ましい。チタニウム出発原料、ジルコニウム
出発原料としては、金属アルコキシド等の液体をを用い
ることが望ましいが、酸化物等の固体粉末を用いること
もできる。The aluminum starting material and the sodium starting material may be mixed in a powder form. However, the aluminum starting material and the sodium starting material are mixed with water, and if necessary, a dispersing agent is added and wet-mixed. Is desirable. Further, it is preferable to use a nucleating agent depending on the subsequent crystallization treatment. In this case, it is preferable to mix the titanium starting material and / or zirconium simultaneously with the starting material. As the titanium starting material and the zirconium starting material, it is desirable to use a liquid such as a metal alkoxide, but a solid powder such as an oxide can also be used.
【0014】上記核形成剤の添加割合は、焼結後のベー
タアルミナ電解質100重量部中に酸化物換算で100〜500
重量ppmの範囲とすることが好ましい。この核形成剤が1
00重量ppm以下では、均一混合が困難となり導電性の向
上が認められず、また、500重量ppmを超えた量では、そ
れ以上の効果はなく、多量の添加は高コスト化を招くの
で好ましくない。The nucleating agent is added in an amount of 100 to 500 in terms of oxide in 100 parts by weight of the beta alumina electrolyte after sintering.
It is preferable to be in the range of ppm by weight. This nucleating agent is 1
If the amount is less than 00 ppm by weight, uniform mixing becomes difficult and no improvement in conductivity is observed.In addition, if the amount exceeds 500 ppm by weight, no further effect is obtained, and the addition of a large amount is not preferable because it causes an increase in cost. .
【0015】ステップでは、アルミニウム出発原料、
ナトリウム出発原料、及び、必要に応じて用いる核形成
剤を混合した後、その原料粉末を必要に応じて乾燥、粉
砕した後、1200〜1350℃で仮焼する。このステップにお
いて、仮焼温度が1200℃未満では、仮焼粉のβ"化率
(全結晶中に占めるβ"アルミナの割合)が低いため焼
結体のβ"化率も低くなり導電率が下がり、1350℃を超
えるとナトリウムの飛散に伴いβ"化率が低くなり、ま
た、仮焼粉の焼結が進み、粉砕が困難又は長時間を要す
るようになるので好ましくない。In the step, an aluminum starting material,
After mixing the sodium starting material and the nucleating agent used as required, the raw material powder is dried and pulverized as necessary, and then calcined at 1200 to 1350 ° C. In this step, if the calcining temperature is lower than 1200 ° C., the β ”conversion ratio of the calcined powder (the ratio of β” alumina in the whole crystal) is low, so that the β ”conversion ratio of the sintered body is low and the conductivity is low. If the temperature falls below 1350 ° C., the β ″ conversion rate decreases with the scattering of sodium, and the sintering of the calcined powder proceeds, so that pulverization becomes difficult or requires a long time, which is not preferable.
【0016】このようにして得られた仮焼粉は粒成長し
ているため、焼結性を向上させるために粉砕する必要が
ある。この仮焼粉の粉砕の際にマグネシウム出発原料を
添加し、粉砕と同時に混合を行うことが好ましい。この
粉砕・混合はマグネシウム出発原料と水を添加してスラ
リとし、湿式粉砕混合とすることが望ましい。マグネシ
ウム出発原料としては酸化マグネシウム、硝酸マグネシ
ウム等のマグネシウム塩を使用することが好ましい。マ
グネシウム出発原料の添加割合は、仮焼粉100重量部に
対し、1.5〜4.5重量部の範囲とすることが好ましい。Since the calcined powder obtained in this way has grown in grains, it is necessary to grind the powder to improve sinterability. It is preferable to add a magnesium starting material during the pulverization of the calcined powder and to mix the pulverized powder at the same time as the pulverization. This pulverization / mixing is desirably a wet pulverization / mixing by adding a magnesium starting material and water to form a slurry. It is preferable to use magnesium salts such as magnesium oxide and magnesium nitrate as the magnesium starting material. The proportion of the magnesium starting material to be added is preferably in the range of 1.5 to 4.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the calcined powder.
【0017】前記により仮焼粉にマグネシウム出発原料
を添加して湿式粉砕・混合して得られた混合物を所定の
形状に成形する。前記混合物がスラリの形で得られた場
合には、スプレードライヤのより乾燥、造粒することに
よってより成形が容易となる。The mixture obtained by adding the magnesium starting material to the calcined powder and wet-milling and mixing as described above is formed into a predetermined shape. When the mixture is obtained in the form of a slurry, molding is easier by drying and granulating with a spray dryer.
【0018】最後に、ステップでは、前記仮焼ステッ
プで得た成形体を1560〜1640℃に加熱して焼結し、ベ
ータアルミナ焼結体(ベータアルミナ電解質)を得る。
このステップにおいて、不純物の結晶化熱処理を行う場
合は、焼結時に最高温度に到達後、降温する際に、600
〜1100℃の範囲で1〜5時間保持することが必要である。
600℃未満や1100℃を超える温度では結晶核が生成しに
くく、不純物相が結晶化しにくくなるので望ましくな
い。また、保持時間が1時間未満では結晶化が十分に進
まず、また、5時間を超えても効果が変わらないため、
これ以上の熱処理は必要ない。Finally, in the step, the compact obtained in the calcination step is heated to 1560 to 1640 ° C. and sintered to obtain a beta alumina sintered body (beta alumina electrolyte).
In this step, when performing crystallization heat treatment of impurities, after reaching the maximum temperature during sintering,
It is necessary to hold for 1 to 5 hours in the range of 11100 ° C.
If the temperature is lower than 600 ° C. or higher than 1100 ° C., crystal nuclei are hardly generated and the impurity phase is hardly crystallized, which is not desirable. Also, if the holding time is less than 1 hour, crystallization does not proceed sufficiently, and even if it exceeds 5 hours, the effect does not change,
No further heat treatment is required.
【0019】[0019]
【実施例】本発明は、以下の実施例でさらに詳述される
が、これらの実施例に限るものではない。The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the invention is limited thereto.
【0020】実施例1 高純度酸化アルミニウム(SiO2、CaO、K2Oをそれぞれ10
ppm含む)を用い、表1に示す含有量となるようにSiO2、
CaO、K2Oを添加したベータアルミナを作製した。製造方
法として、まず、酸化アルミニウムと炭酸ナトリウムを
Al2O3/Na2CO3のモル比が6となるように秤量し、分散剤
を加えボールミルで20時間湿式混合した。このとき同時
にSiO2、CaO、K2Oを添加した。Example 1 High-purity aluminum oxide (SiO 2 , CaO, K 2 O
ppm), and SiO 2 ,
Beta alumina to which CaO and K 2 O were added was prepared. As a manufacturing method, first, aluminum oxide and sodium carbonate
The mixture was weighed so that the molar ratio of Al 2 O 3 / Na 2 CO 3 became 6, a dispersant was added, and the mixture was wet-mixed with a ball mill for 20 hours. At this time, SiO 2 , CaO and K 2 O were simultaneously added.
【0021】また、SiO2、CaOをそれぞれ300ppm含む低
純度の酸化アルミニウムを原料としたものも用いた。得
られたスラリをロータリーエバポレータで濃縮後、120
℃の乾燥機で一昼夜乾燥させた。この乾燥物を粉砕し、
500μmのふるいを通させた後、仮焼した。仮焼は200℃
/時間で昇温後、1250℃で2時間保持し、そして200℃/
時間で降温するものとした。A low-purity aluminum oxide containing 300 ppm of SiO 2 and CaO each as a raw material was also used. After concentrating the obtained slurry with a rotary evaporator,
It was dried all day and night with a dryer at ℃. Crush this dried product,
After passing through a 500 μm sieve, it was calcined. 200 ° C for calcination
/ Hour, hold at 1250 ° C for 2 hours, and 200 ° C /
It was assumed that the temperature dropped in time.
【0022】得られた仮焼粉は粒成長しているため、焼
結性を向上させるために粉砕する必要がある。この粉砕
を行う際に酸化マグネシウムを4wt%、分散剤を加えて
ボールミルで45時間湿式混合した。このスラリをスプ
レードライヤにて造粒粉を作製した。その造粒粉を用い
て、導電率測定用の試料は4×4×20mmに金型で一軸成形
後、冷間静水圧プレス(CIP)で1.5t/cm2の圧力で2分間
保持して成形した。Since the obtained calcined powder grows in grains, it is necessary to grind the powder to improve the sinterability. At the time of this pulverization, 4 wt% of magnesium oxide and a dispersant were added and wet-mixed in a ball mill for 45 hours. A granulated powder was prepared from this slurry by a spray dryer. Using the granulated powder, a sample for conductivity measurement was uniaxially molded into a mold of 4 × 4 × 20 mm by a mold, and then kept at a pressure of 1.5 t / cm 2 for 2 minutes by a cold isostatic press (CIP). Molded.
【0023】得られた成形体を5℃/分の昇温速度で昇
温し、1640℃で30分保持後、結晶化熱処理として600〜1
100℃で4時間保持後降温して焼結体を作製した。その導
電率は3×3×15mm試験片に白金電極を焼き付けて、交流
2端子法で測定した。測定温度は300℃である。The obtained molded body was heated at a heating rate of 5 ° C./min, and kept at 1640 ° C. for 30 minutes.
After maintaining at 100 ° C. for 4 hours, the temperature was lowered to produce a sintered body. The conductivity was measured by baking a platinum electrode on a 3 × 3 × 15 mm test piece and using an AC two-terminal method. The measurement temperature is 300 ° C.
【0024】[0024]
【表1】 なお、表1には、実施例1に用いるアルミナ原料の不純
物含有量、結晶化処理条件と得られたベータアルミナ電
解質の導電率を示している。[Table 1] Table 1 shows the impurity content of the alumina raw material used in Example 1, the crystallization conditions, and the conductivity of the obtained beta alumina electrolyte.
【0025】比較例1 焼結条件として結晶化熱処理を施さず、5℃/分の昇温
速度で昇温し、1640℃で30分保持後、5℃/分で降温す
ること以外は実施例1と同様の方法で焼結体を作製し
た。試料の組成を表2に示す。COMPARATIVE EXAMPLE 1 The sintering conditions were the same as in the Example except that the crystallization heat treatment was not performed, the temperature was raised at a rate of 5 ° C./min, the temperature was maintained at 1640 ° C. for 30 minutes, and the temperature was lowered at 5 ° C./min. A sintered body was produced in the same manner as in 1. Table 2 shows the composition of the sample.
【0026】[0026]
【表2】 なお、表2には、比較例1に用いるアルミナ原料の不純
物含有量と得られたベータアルミナ電解質の導電率を示
している。[Table 2] Table 2 shows the impurity content of the alumina raw material used in Comparative Example 1 and the conductivity of the obtained beta alumina electrolyte.
【0027】表1によれば、SiO2を100〜1000ppm、また
は、CaOもしくはK2Oを100〜500ppm含み、焼結条件とし
て最高温度に到達後、600〜1100℃で保持した試料で
は、導電率が0.21〜0.24S/cmであり、不純物を添加し
ていないもの(試料番号1)とほぼ同等の値となった。ま
た、SiO2とCaOをそれぞれ300ppm含む低純度原料を用い
た試料でも結晶化熱処理により、高純度原料を用いたも
の(試料番号1)とほぼ同等の値となった。一方、表2に
示したように、不純物を含み結晶化熱処理を施さないも
のでは0.15〜0.18S/cmと導電率が低下する。According to Table 1, for a sample containing 100 to 1000 ppm of SiO 2 or 100 to 500 ppm of CaO or K 2 O and holding at 600 to 1100 ° C. after reaching the maximum temperature as a sintering condition, The rate was 0.21 to 0.24 S / cm, which was almost the same as that of the sample to which no impurity was added (Sample No. 1). In addition, the sample using the low-purity raw material containing 300 ppm of SiO 2 and CaO each had almost the same value as the sample using the high-purity raw material (sample No. 1) by the crystallization heat treatment. On the other hand, as shown in Table 2, those containing impurities and not subjected to the crystallization heat treatment have a decreased electrical conductivity of 0.15 to 0.18 S / cm.
【0028】実施例2 実施例1と同じ原料を用い、表3に示した含有量となる
ようにSiO2、CaO、K2O及びTiO2又はZrO2を添加したベー
タアルミナを作製した。製造方法としては、酸化アルミ
ニウムと炭酸ナトリウムを混合する際、TiO2又はZrO2を
アルコキシドとして添加することと、焼成条件を1640℃
で30分間保持することと以外は実施例1と同様である。Example 2 Using the same raw materials as in Example 1, beta-alumina was added to which SiO 2 , CaO, K 2 O and TiO 2 or ZrO 2 were added so as to have the contents shown in Table 3. As a production method, when mixing aluminum oxide and sodium carbonate, TiO 2 or ZrO 2 is added as an alkoxide, and firing conditions are 1640 ° C.
The procedure is the same as in Example 1 except that the temperature is kept for 30 minutes.
【0029】[0029]
【表3】 なお、表3には、実施例2に用いるアルミナ原料の不純
物含有量、核形成剤添加量と得られたベータアルミナ電
解質の導電率を示している。[Table 3] Table 3 shows the impurity content of the alumina raw material used in Example 2, the nucleating agent addition amount, and the conductivity of the obtained beta alumina electrolyte.
【0030】表3によれば、SiO2を100〜1000ppm、また
は、CaOもしくはK2Oを100〜500ppm含み、TiO2又はZrO2
を100〜500ppm添加した試料では、導電率が0.22〜0.24S
/cmであり、不純物を添加していないもの(表1の試料
番号1)とほぼ同等の値となった。また、SiO2とCaOを
それぞれ300ppm含む低純度原料を用いた試料でもTiO2添
加により、高純度原料を用いたもの(表1の試料番号
1)とほぼ同等の値となった。According to Table 3, 100 to 1000 ppm of SiO 2 or 100 to 500 ppm of CaO or K 2 O, and TiO 2 or ZrO 2
In the sample added with 100 to 500 ppm, the conductivity is 0.22 to 0.24 S
/ Cm, which is almost the same value as the sample to which no impurity is added (Sample No. 1 in Table 1). In addition, the sample using a low-purity raw material containing 300 ppm of SiO 2 and CaO each had a value substantially equivalent to that of a sample using a high-purity raw material (sample No. 1 in Table 1) due to the addition of TiO 2 .
【0031】実施例3 実施例1と同じ原料を用い、表4に示した含有量となる
ようにSiO2、CaO、K2O及びTiO2又はZrO2を添加したベー
タアルミナを作製した。製造方法としては、酸化アルミ
ニウムと炭酸ナトリウムを混合する際、TiO2又はZrO2を
アルコキシドとして添加すること以外は、実施例1と同
様である。Example 3 Using the same raw materials as in Example 1, beta-alumina was prepared by adding SiO 2 , CaO, K 2 O and TiO 2 or ZrO 2 so as to have the contents shown in Table 4. The production method is the same as that of Example 1 except that when mixing aluminum oxide and sodium carbonate, TiO 2 or ZrO 2 is added as an alkoxide.
【0032】[0032]
【表4】 なお、表4には、実施例3に用いるアルミナ原料の不純
物含有量、核形成剤添加量、熱処理条件と得られたベー
タアルミナ電解質の導電率を示している。[Table 4] Table 4 shows the impurity content of the alumina raw material used in Example 3, the nucleating agent addition amount, the heat treatment conditions, and the conductivity of the obtained beta alumina electrolyte.
【0033】表4によれば、SiO2を100〜1000ppm、また
は、CaOもしくはK2Oを100〜500ppm含み、TiO2又はZrO2
を100〜500ppm添加し、焼結条件として最高温度に到達
後、600〜1100℃で保持した試料では、導電率が0.23〜
0.25S/cmであり、不純物を添加していないもの(表1
の試料番号1)とほぼ同等の値となった。According to Table 4, 100 to 1000 ppm of SiO 2 or 100 to 500 ppm of CaO or K 2 O, and TiO 2 or ZrO 2
100 to 500 ppm, and after reaching the maximum temperature as a sintering condition, the sample held at 600 to 1100 ° C has a conductivity of 0.23 to
0.25S / cm, with no impurities added (Table 1
Of the sample No. 1).
【0034】[0034]
【発明の効果】本発明によれば、不純物を粒界ガラス相
で結晶化させる熱処理を行うことにより、従来より多く
の不純物を含む原料を用いても、高い導電性を有するベ
ータアルミナ電解質を得ることができる。また、本発明
のベータアルミナの製造方法によれば、不純物を含む低
純度原料を用いても、高純度原料と同等の導電性を有す
るベータアルミナ焼結体が得られ、ベータアルミナの製
造コストを下げることが出来る。According to the present invention, a beta-alumina electrolyte having high conductivity can be obtained by performing a heat treatment for crystallizing impurities in a grain boundary glass phase, even if a raw material containing more impurities than before is used. be able to. Further, according to the method for producing beta-alumina of the present invention, even when a low-purity raw material containing impurities is used, a beta-alumina sintered body having the same conductivity as the high-purity raw material can be obtained, and the production cost of beta-alumina can be reduced. Can be lowered.
【図1】 粒界ガラス相結晶化のモデル図で、(a)は
粒子間にガラスが生成することを表し、(b)は結晶化
により界面の不純物相が凝集することを表し、(c)は
不純物が結晶化することを表す。FIG. 1 is a model diagram of grain boundary glass phase crystallization, in which (a) shows that glass is generated between particles, (b) shows that an impurity phase at the interface is aggregated by crystallization, and (c) ) Indicates that the impurities are crystallized.
1 粒子 2 ガラス相 3 粒界相の結晶化処理 1 Particle 2 Glass phase 3 Crystallization treatment of grain boundary phase
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八島 吉見 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 渡辺 悟 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 村上 勇一郎 神奈川県横浜市中区錦町12番地 菱日エン ジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 4G030 AA04 AA07 AA08 AA16 AA17 AA36 AA37 AA67 BA03 CA01 CA05 GA27 5G301 CA02 CA12 CA17 CA25 CA28 CA30 CD01 CD10 CE02 5H029 AJ06 AJ14 AM15 CJ02 CJ08 CJ28 DJ17 EJ06 HJ14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Yoshimi Yashima 1-8-1 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Basic Research Laboratory, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. 8-1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Basic Technology Research Laboratories (72) Inventor Yuichiro Murakami 12 Nishikicho, Naka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term within Ryobi Engineering Co., Ltd. 4G030 AA04 AA07 AA08 AA16 AA17 AA36 AA37 AA67 BA03 CA01 CA05 GA27 5G301 CA02 CA12 CA17 CA25 CA28 CA30 CD01 CD10 CE02 5H029 AJ06 AJ14 AM15 CJ02 CJ08 CJ28 DJ17 EJ06 HJ14
Claims (10)
もしくはK2Oを含み、残部がアルミニウム出発原料とナ
トリウム出発原料から実質的になることを特徴とするベ
ータアルミナ電解質。1. 100-1000 ppm SiO 2 , 100-500 ppm CaO
Alternatively, a beta-alumina electrolyte containing K 2 O and a balance substantially consisting of an aluminum starting material and a sodium starting material.
ミニウムであることを特徴とする請求項1に記載のベー
タアルミナ電解質。2. The beta alumina electrolyte according to claim 1, wherein the aluminum starting material is aluminum oxide.
ウムであることを特徴とする請求項1または2に記載の
ベータアルミナ電解質。3. The beta alumina electrolyte according to claim 1, wherein the sodium starting material is sodium carbonate.
なることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
ベータアルミナ電解質。4. A beta alumina electrolyte according to claim 1, wherein the mixture comprises a glass nucleating agent.
のTiO2またはZrO2もしくはその両方であることを特徴と
する請求項4に記載のベータアルミナ電解質。5. The glass nucleating agent is 100 to 500 ppm.
5. The beta-alumina electrolyte of claim 4, wherein the electrolyte is TiO 2 or ZrO 2 or both.
もしくはK2Oを含み、残部がアルミニウム出発原料とナ
トリウム出発原料から実質的になる混合物の成形・焼成
において、焼結条件として最高温度に到達後、不純物を
粒界ガラス相で結晶化させる熱処理を行うステップを含
むことを特徴とするベータアルミナ電解質の製造方法。6. 100-1000 ppm SiO 2 , 100-500 ppm CaO
Alternatively, in forming and firing a mixture containing K 2 O and the balance substantially consisting of an aluminum starting material and a sodium starting material, after reaching a maximum temperature as a sintering condition, a heat treatment for crystallizing impurities in a grain boundary glass phase is performed. Performing a process for producing a beta-alumina electrolyte.
ることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。7. The method according to claim 6, wherein a nucleating agent for glass is added to the mixture.
のTiO2またはZrO2もしくはその両方であることを特徴と
する請求項7に記載の製造方法。8. The glass nucleating agent is 100 to 500 ppm.
The method according to claim 7, wherein TiO 2 or ZrO 2 or both are used.
とを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の製造方
法。9. The method according to claim 6, wherein the maximum temperature is 1600 to 1650 ° C.
せる熱処理が、前記最高温度に到達後、ガラス相での結
晶化温度域である600〜1100℃で1〜5時間保持する熱処
理であることを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記
載の製造方法。10. The heat treatment for crystallizing the impurities in the grain boundary glass phase is a heat treatment in which after reaching the maximum temperature, the impurities are maintained at a crystallization temperature range of 600 to 1100 ° C. for 1 to 5 hours in the glass phase. The method according to any one of claims 6 to 9, wherein:
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