JP2763487B2 - ベータアルミナ質焼結体の製造方法 - Google Patents

ベータアルミナ質焼結体の製造方法

Info

Publication number
JP2763487B2
JP2763487B2 JP5328670A JP32867093A JP2763487B2 JP 2763487 B2 JP2763487 B2 JP 2763487B2 JP 5328670 A JP5328670 A JP 5328670A JP 32867093 A JP32867093 A JP 32867093A JP 2763487 B2 JP2763487 B2 JP 2763487B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
beta
powder
sintered body
alumina
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP5328670A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07187763A (ja
Inventor
周一 市川
祐司 勝田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NIPPON GAISHI KK
Original Assignee
NIPPON GAISHI KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NIPPON GAISHI KK filed Critical NIPPON GAISHI KK
Priority to JP5328670A priority Critical patent/JP2763487B2/ja
Publication of JPH07187763A publication Critical patent/JPH07187763A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2763487B2 publication Critical patent/JP2763487B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/3909Sodium-sulfur cells
    • H01M10/3918Sodium-sulfur cells characterised by the electrolyte
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質であるベー
タアルミナ質焼結体の製造方法に関するもので、特にナ
トリウム−硫黄二次電池に用いるベータアルミナ質焼結
体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ベータアルミナ質焼結体は高いナトリウ
ムイオン伝導性を有するため、例えばナトリウム−硫黄
二次電池において、陽極物質である溶融硫黄と陰極物質
である溶融ナトリウムとを隔離するための固体電解質と
して利用できる。そして、このナトリウム−硫黄二次電
池では内部抵抗の大部分を固体電解質が占めている。従
って、電池の出力低下および充電時の電力損失を小さく
抑えるためには、固体電解質であるベータアルミナ質焼
結体の比抵抗を低くすることが望ましい。
【0003】図1は典型的なナトリウム−硫黄二次電池
の一例の構造を示す図である。図1において、1はナト
リウムイオン伝導性のあるベータアルミナ質焼結体、2
は陽極となる金属製容器、3は硫黄または多硫化ナトリ
ウム、4は陰極となる金属製容器、5はナトリウム、6
はαアルミナ等の絶縁体、7は金属製の蓋、8は溶接部
である。上述した構造のナトリウム−硫黄二次電池で
は、ベータアルミナ質焼結体1は図1に示すように管状
の形状で、陽極2と陰極4との間を隔てている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来、このようなベー
タアルミナ質焼結体の製造方法としては、Na2O、Al2O3
等の酸化物の粉末を混合し、仮焼してベータアルミナ質
原料粉末を得た後、この粉末を成形、焼成する固相法が
用いられている。この方法で得られるベータアルミナ質
原料粉末の一次粒子は、図2に示すような典型的な板状
粒子になる。すなわち、ベータアルミナ質粒子は平衡形
が板状の形態をしており、粒子の中でNa+ イオンが伝導
する方向はC軸に垂直な面、すなわち伝導面に沿う方向
であり、異方性がある。
【0005】そのため、図1に示した管状のベータアル
ミナ質焼結体1を得るために、この板状粒子を管状に例
えばプレス成形すると、図3(a) 〜(d) に示すようにプ
レス方向に対して粒子が垂直に配向する現象が生じ、両
極物質間のイオン伝導が困難になり、ベータアルミナ質
焼結体1の径方向のイオン伝導抵抗が軸方向に比べて非
常に高くなる問題があった。
【0006】この問題を解決する一方法として、本出願
人は特開平5−148012号公報において、Na2O、Al
2O3 、MgO および/またはLi2O成分からなる非晶質のゲ
ルを粉砕した粉末を使用するベータアルミナ質焼結体の
製造方法を開示しているが、この方法では配向のないベ
ータアルミナ質焼結体を得ることができるものの、非晶
質のゲルを使用して得たベータアルミナ質焼結体は緻密
化せず加工できない場合がある問題があった。
【0007】本発明の目的は上述した課題を解消して、
粒子配向させずにベータアルミナ質焼結体を緻密に製造
する方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のベータアルミナ
質焼結体の製造方法は、ナトリウム、アルミニウム、マ
グネシウムおよび/またはリチウム成分を含む化合物の
溶液を1000℃以下の温度で噴霧熱分解して粉砕し、
場合によってはその後1000℃以下の温度で熱処理し
て粉砕し、水分量を2〜15wt%に制御した粉末を作
製し、この粉末を成形した後焼成することを特徴とする
ものである。
【0009】
【作用】上述した構成において、ナトリウム、アルミニ
ウム、マグネシウムおよび/またはリチウム成分を含む
化合物の溶媒を1000℃以下の温度で噴霧熱分解し、
得られた粉末を熱処理せずに、あるいは1000℃以下
の温度で熱処理して粉砕し、水分量を2〜15wt%に
制御した粉末を作製し、作製した粉末をそのまま成形、
焼成することにより、粒子配向のない緻密な袋管を製造
することができ、粒子配向による抵抗上昇のない高効率
のナトリウム−硫黄電池に用いるためのベータアルミナ
質焼結体を製造できることを見いだしたことによる。
【0010】ここで、化合物および溶液の溶媒は、使用
する化合物が使用する溶媒に対し溶解する性質を有し、
溶液の液相の状態を作れる組み合わせになるものであれ
ば、いかなる種類の塩、またいかなる溶媒を用いてもよ
い。また、本発明における噴霧熱分解は、図4にその一
例の略図を示すように、所定の溶液11を何らかの液滴
化手段12で液滴の形にかえ、この液滴をキャリアガス
を用いて加熱された炉13の中に送り込み、液滴を直接
熱分解して粉末14を得るプロセスである。キャリアガ
スは、目的に応じて大気、酸素、窒素を始め如何なるガ
スを用いても良い。
【0011】本発明において、噴霧熱分解の温度を10
00℃以下に規定するのは、1000℃を超えた温度で
熱分解させるとベータアルミナが結晶化を始め粒子配向
しやすい原料粉末ができてしまうからである。また、成
形に使用する粉末の水分量を規定するのは、水分量が2
wt%未満であると、酸化アルミニウム相が結晶化しや
すくなり粒子配向しやすい原料粉末になるからであると
ともに、15wt%を超えると焼成時の重量変化が大き
すぎて緻密化しにくくなるからである。具体的には、焼
成体密度が3.20g/cm3 以上に緻密化すること
が、ナトリウム−硫黄二次電池の固体電解質として使用
するために望ましい。なお、この粉末中の水分量は4〜
10wt%の範囲であると、さらに望ましい。
【0012】噴霧熱分解プロセスにおいて粉末中の水分
量を制御することは難しく、水分量を制御するために、
1000℃以下の炉内温度で噴霧熱分解した後成形前
に、1000℃以下の温度で熱処理を行うことが必要な
場合があり、これも本発明の範囲内となる。この熱処理
を1000℃以下の温度に規定するのは、噴霧熱分解に
おける理由と同じく、1000℃を超える温度で熱処理
するとベータアルミナが結晶化を始め粒子配向しやすく
なるからである。水分量が本発明範囲内で制御できる場
合は、熱処理を行わずとも良い。
【0013】また、ベータアルミナ質焼結体が緻密化す
るためには、成形体密度が1.5g/cm3 以上である
ことが好ましい。その理由は、成形体密度が低いと最終
的に気孔が残りやすく緻密化しにくくなるためである。
【0014】
【実施例】以下、実際の例について説明する。Na、A
l、Mgの硝酸塩NaNO3 、Al(NO33 ・9H
2 O、Mg(NO32 ・6H2 Oを、それぞれ酸化物
組成に換算して9.0wt%Na2 O、4.0wt%M
gO組成になるように秤量し、その秤量物をベータアル
ミナのモル数に換算して0.2mol/lになるように
蒸留水を加え水溶液を作製した。そして、この水溶液を
超音波霧化機で液滴化して、キャリアガスを空気として
炉内へ送り込み、以下の表1に示す炉内温度で噴霧熱分
解を行った。熱分解した粉末の一部は、アルミナるつぼ
を用いてさらに表1に示す温度で熱処理を行った。その
後、粉末を乾式(溶媒なし)、または水、エタノールを
溶媒に用いた湿式の、いずれかの方法でボールミル粉砕
した。
【0015】得られた粉末を用いて、図5に示す形状の
一端を封じた管を2.5ton/cm2 で静水圧成形を
行った。さらにこの管形状の成形体に対しMgOサヤを
かぶせて1620℃で1時間保持して焼成を行った。こ
の際、焼成前後の重量変化を測定した。焼成前の粉末に
は、硝酸塩の結晶は残っていなかったことから、この重
量変化はほとんどが粉体中の水分と考えられ、この重量
変化を水分量とした。そして、最終的に外径:d1 =2
0.0mm、内径:d2 =17.6mm、長さL=14
0mm、表面積S=165cm2 のベータアルミナ管を
製造した。
【0016】各試料の特性を評価するため、ベータアル
ミナ管の製造中に、各成形用粉末の結晶相をX線回折に
より同定し、この粉末から得られた成形体の密度を測定
するとともに、最終的に得られたベータアルミナ管の粒
子配向度、径方向のイオン伝導抵抗、および焼成体密度
を測定した。ここで、粒子配向度は、ベータアルミナ管
の表面をX線回折測定し、回折チャート上の、C軸に対
して0゜の面回折線(006)と、C軸に対して90゜
の面回折線(110)とのピーク強度の比から求めた。
すなわち、配向度の式D=I(006) /I(110) から配向
度Dを求めて比較した。そのため、配向度Dが大きけれ
ば成形による粒子配向の度合いが強いことになる。
【0017】また、径方向のイオン伝導抵抗は、図6に
示すNa/Na通電試験装置を作製して350℃におけ
る値として求めた。図6において、Na/Na通電試験
装置は、測定すべきベータアルミナ管15、αアルミナ
からなる絶縁支持体16、17、ステンレス製の電極1
9および電極取り出し口20、21から構成され、容器
18およびベータアルミナ管15中に溶融ナトリウム2
2を供給して電極取り出し口20、21間に一定の電流
を通電することにより、測定すべきベータアルミナ管の
イオン伝導抵抗率を測定した。測定結果を、以下の表1
に示す。
【0018】
【表1】
【0019】表1の結果から明らかなように、本発明の
製造法に従った本発明例試料No.1〜9 は本発明の製造法
以外の試料No.1〜8 とを比較して、粒子配向度が約50
%低減し、イオン伝導抵抗についても約40%低下して
いることがわかった。なお、比較例試料No.1〜8 とを比
較して、粒子配向度が約50%低減し、イオン伝導抵抗
についても約40%低下していることがわかった。
【0020】また、表1の結果において密度を比較する
と、本発明例では、ナトリウム−硫黄電池の固体電解質
として使用するために必要な焼成体密度3.20g/c
3 以上の条件を満足するのに対し、比較例ではこれを
満足しないことがわかる。特に、水分量が4〜10wt
%の範囲では、焼成体密度が3.23g/cm3 以上と
高く望ましいことがわかる。水分量が本発明範囲外であ
った比較例試料No.1、8 は成形体密度が1.5g/cm
3 以下と低く、このため緻密化しにくく焼成体密度も
3.20g/cm3 より低かったと考えられる。なお、
本実施例の結果は、MgOの代わりにLi2 Oを用いて
も同様の結果を得ることができた。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明の
ベータアルミナ質焼結体の製造方法によれば、ナトリウ
ム、アルミニウム、マグネシウムおよび/またはリチウ
ム成分を含む化合物の溶媒を1000℃以下の温度で噴
霧熱分解し、得られた粉末を熱処理せずに、あるいは1
000℃以下の温度で熱処理して粉砕し、水分量を2〜
15wt%に制御した粉末を作製し、作製した粉末をそ
のまま成形、焼成することにより、粒子配向せずに緻密
なベータアルミナ質焼結体からなるベータアルミナ管を
製造することができる。すなわち、ベータアルミナ管を
成形した時の、粒子配向による抵抗上昇がない、高効率
のナトリウム−硫黄二次電池に用いるためのベータアル
ミナ管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】典型的なナトリウム−硫黄電池の一例の構成を
示す図である。
【図2】従来のベータアルミナ粒子の形状を模式的に示
す図である。
【図3】従来のベータアルミナ粒子を成形したときの状
態を示す図である。
【図4】噴霧熱分解の方法の一例を説明するための図で
ある。
【図5】本発明の原料から作製したベータアルミナ管の
形状を示す図である。
【図6】Na−Na通電試験装置の一例の構成を示す図
である。
【符号の説明】
1 ベータアルミナ焼結体、2、4 金属製容器、3
硫黄・多硫化ナトリウム、5 ナトリウム、6 絶縁
体、7 蓋、8 溶接部、11 溶液、12 液滴化手
段、13 炉、14 粉末、15 ベータアルミナ管、
16、17 絶縁支持体、18 容器、19 電極、2
0、21 電極取り出し口、22 溶融ナトリウム。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/10 - 35/119

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ナトリウム、アルミニウム、マグネシウム
    および/またはリチウム成分を含む化合物の溶液を10
    00℃以下の温度で噴霧熱分解して粉砕し水分量を2〜
    15wt%に制御した粉末を作製し、この粉末を成形し
    た後焼成することを特徴とするベータアルミナ質焼結体
    の製造方法。
  2. 【請求項2】ナトリウム、アルミニウム、マグネシウム
    および/またはリチウム成分を含む化合物の溶液を10
    00℃以下の温度で噴霧熱分解しさらに1000℃以下
    の温度で熱処理して粉砕し水分量2〜15wt%に制御
    した粉末を作製し、この粉末を成形した後焼成すること
    を特徴とするベータアルミナ質焼結体の製造方法。
  3. 【請求項3】成形時の粉体中の水分量を4〜10wt%
    にした請求項1または2記載のベータアルミナ質焼結体
    の製造方法。
  4. 【請求項4】成形体の密度を1.5g/cm3 以上にし
    た請求項1または2記載のベータアルミナ質焼結体の製
    造方法。
JP5328670A 1993-12-24 1993-12-24 ベータアルミナ質焼結体の製造方法 Expired - Lifetime JP2763487B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5328670A JP2763487B2 (ja) 1993-12-24 1993-12-24 ベータアルミナ質焼結体の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5328670A JP2763487B2 (ja) 1993-12-24 1993-12-24 ベータアルミナ質焼結体の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07187763A JPH07187763A (ja) 1995-07-25
JP2763487B2 true JP2763487B2 (ja) 1998-06-11

Family

ID=18212858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5328670A Expired - Lifetime JP2763487B2 (ja) 1993-12-24 1993-12-24 ベータアルミナ質焼結体の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2763487B2 (ja)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63170254A (ja) * 1987-01-08 1988-07-14 日本碍子株式会社 セラミツクスの製造方法
JPH0725540B2 (ja) * 1991-12-02 1995-03-22 日本碍子株式会社 ベータアルミナ質原料粉末の製造方法
JPH07108808B2 (ja) * 1991-12-02 1995-11-22 日本碍子株式会社 ベータアルミナ質焼結体の製造方法
JPH05253469A (ja) * 1992-03-10 1993-10-05 Oogawara Kakoki Kk セラミックス粉体の製造方法および装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07187763A (ja) 1995-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stevens et al. Structure, properties and production of β-alumina
US3895963A (en) Process for the formation of beta alumina-type ceramics
US4052538A (en) Method of making sodium beta-alumina powder and sintered articles
Subasri et al. Microwave processing of sodium beta alumina
Folly et al. Study of a Beta‐Alumina Electrolyte for Sodium‐Sulfur Battery
US4113928A (en) Method of preparing dense, high strength, and electrically conductive ceramics containing β"-alumina
US3959022A (en) Method for producing sodium-beta-alumina solid electrolytes
US4082826A (en) Process for producing highly ion-conductive porcelain
US4020134A (en) Method for preparing shaped, green ceramic compacts
JP2763487B2 (ja) ベータアルミナ質焼結体の製造方法
US4322485A (en) Preparation of materials
JP2002241174A (ja) ベータアルミナ固体電解質の製造方法
JPH04240155A (ja) ベータアルミナ質焼結体およびその製造方法
JPH04275974A (ja) イオン伝導性セラミック材料の製造方法
JP2763486B2 (ja) ベータアルミナ質焼結体の原料粉体およびそれを使用した焼結体の製造法
JP2022156600A (ja) セラミックス粉末材料、焼結体、及び、電池
Yao et al. Sodium activity determinations in molten 99.5% aluminium using solid electrolytes
JPH07192754A (ja) ナトリウム−硫黄電池用固体電解質及びその製造方法
JPH05148012A (ja) ベータアルミナ質焼結体の製造方法
GB2052462A (en) Improvements in or relating to the preparation of ion conductors
JPH05147929A (ja) ベータアルミナ質原料粉末の製造方法
JPH0680462A (ja) 固体電解質
JP3586556B2 (ja) ベータアルミナ電解質の製造方法
JP2984208B2 (ja) セラミックス焼結体用成形体及びその製造方法ならびにその成形体を使用したセラミックス焼結体及びその製法
US4491471A (en) Composite pellet for use as a carbothermic reduction feed

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19980224

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090327

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090327

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100327

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100327

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110327

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120327

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130327

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140327

Year of fee payment: 16

EXPY Cancellation because of completion of term