JP3333547B2 - γ−リチウムアルミネートおよびその製造方法 - Google Patents
γ−リチウムアルミネートおよびその製造方法Info
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Description
アルミネートとその製造方法に係り、特に溶融炭酸塩型
燃料電池(MCFC)の電解質保持板の材料として有用
な微細で高比表面積のリチウムアルミネート粉末とその
製造方法に関する。
の高温でLi2 CO3 、K2 CO3 などの混合溶融炭酸
塩を保持する目的で使用されるため溶融炭酸塩の高い保
持性、耐アルカリ性、耐熱性などの特性が要求される。
この面から、現在、電解質保持板用の材料としてはリチ
ウムアルミネートが用いられており、それも電解質保持
力を考慮すると比表面積の大きい微細なγ−リチウムア
ルミネートを用いる必要がある。
しては、特開昭60-65719号公報、特開昭60-151975 号公
報、特開昭61-295227 号公報、特開昭61-295228 号公
報、特開昭63-270311 号公報、特開平1-252522号公報、
特開平2-80319 号公報などが公開されているが、これら
公知の方法は高比表面積を得るために焼成温度を 600℃
〜1000℃に抑えたり、多孔質化や水和処理などにより高
比表面積化しており、いずれも単に高比表面積のリチウ
ムアルミネートを製造することに主眼においたものであ
る。また、一次粒子の形状は薄片状に近い形のものや多
孔質凝集体状のものが混在するなど形態がまちまちであ
るうえ、そのような形状や比表面積以外の物性にまで言
及しているものはない。
質保持板用にはリチウムアルミネート、特にγ−リチウ
ムアルミネートが最適とされているが、今後はMCFC
の長寿命化を一層向上させるために溶融炭酸塩の高い保
持性、耐アルカリ性、耐熱性などを改良した高品質のリ
チウムアルミネートが要望されている。このような要望
を満たすリチウムアルミネートは、前述したように基本
的には高比表面積であることが必要であるが、さらに細
かな一次粒子径を備えることが重要である。ところが、
比表面積が大きくなるに従って粒子も微細となるために
炭酸溶融塩中における品質の安定性は低下する傾向にあ
り、電解質の高保持性と高耐蝕性とは相互に背反するす
る関係にあるといえる。
比表面積のものよりも10m2/g程度の比表面積をもつリチ
ウムアルミネートの実用性が高まる傾向が強くなってい
る。また、リチウムアルミネートは大気中の水分を吸湿
し易い関係で簡単に水和物を作り、この際比表面積の変
化を起こすことが知られている。
として電解質保持板を製造するには各種の有機溶剤によ
りリチウムアルミネートをスラリー化しテープ成型する
方法が採られるが、この操作中にリチウムアルミネート
が吸湿して組成の変化をもたらすことは電解質板製造上
の面から好ましくなく、リチウムアルミネートが低吸湿
性であることも本用途としては重要な特性である。この
ようなことから、MCFCの電解質保持板として使用さ
れるγ−リチウムアルミネートとしては、高比表面積で
かつ従来以上に耐熱性、低吸湿性である特性のものが実
用性の面で有効である。
などを充分考慮した高比表面積、高耐熱性で水分吸湿性
が低いMCFC電解質保持板材として好適なγ−リチウ
ムアルミネートとその製造方法を提供することにある。
めの本発明によるγ−リチウムアルミネートは、一次粒
子が最大 0.5μm の平均径であって、BET比表面積が
5m2/g以上の微粉末であり、かつ該微粉末が、 700℃の
長期加熱によるBET比表面積の減少率が 500時間で10
%以下、3000時間で15%以下の耐熱性のあるものである
ことを組織構成上の特徴とするものである。
処理後のRH60%(25 ℃) の関係湿度における吸湿率
(ドライベース換算)が50時間で5%以内、100 時間で
10%以内の耐湿性を有するものであることが好ましい。
更に、微粉末が 300℃で6時間加熱処理後のRH60%(2
5 ℃) における40時間後の吸湿処理でBET比表面積の
増加率が20%以内の性状を有することが望ましい性状と
なる。
ミネートを得るための本発明による製造方法は、BET
比表面積10m2/g以上の微粉アルミナと平均粒子径が10μ
m 以下の炭酸リチウムを原料成分とし、これらをヘンシ
ェルミキサーの如き高速分散混合機、もしくはジェット
ミル、アトマイザーまたはバンタムミルの如き衝撃型粉
砕機から選ばれた1種または2種の混合装置で均一に混
合分散したのち800 ℃以上の温度で反応させることを構
成上の特徴とする。
m2/g以上、好ましくは30m2/g以上の超微粉が、また炭酸
リチウムは平均粒子径が10μm 以下、好ましくは5μm
以下のものが好適に用いられる。微粉アルミナの比表面
積が10m2/g未満および炭酸リチウムの平均粒子径が10μ
m を上廻ると、生成するリチウムアルミネートの粒子径
が大きくなって比表面積の小さなγ−リチウムアルミネ
ートしか得られなくなる。
下で混合される。本工程において粉末相互の混合分散が
悪いと生成品が部分的に凝集し、粗粒化するため均質な
高比表面積のリチウムアルミネートを得ることができな
くなる。均一な混合分散状態を得るためには、ヘンシェ
ルミキサーの如き高速分散混合機、もしくはジェットミ
ル、アトマイザーまたはバンタムミルのような衝撃型粉
砕機から選ばれた1種または2種の混合装置を用いて処
理することが好ましい。したがって、従来用いられてい
たボールミルなど摩砕タイプの粉砕混合機は、本発明の
目的には適合しない。また、湿式混合分散方法を採ると
一次的に高分散混合状態となることが予測されるが、分
散後の濾過・乾燥など溶媒除去の操作中にアルミナと炭
酸リチウムの粒子径などの違いから分級または凝集が起
こり易く、生成したリチウムアルミネートは凝集性の高
い低比表面積のものとなる傾向が強い。ただし、湿式混
合分散を施して溶媒成分を除去した後に上記の装置を用
いて再度乾式条件下による高分散方法で混合する場合に
は、均質な混合分散状態を得ることができる。
間、好ましくは1000℃以上の高温で3〜6時間の条件で
焼成処理することによっておこなわれる。本発明のリチ
ウムアルミネートはその用途目的からして高度の耐熱性
が要求されるため、焼成処理は高温ほど好ましいが、反
面、高温焼成は粒子の成長が起こり易くなって低比表面
積化するという欠点がある。このような現象を避けるた
め、従来技術では実用上高くても 950℃程度の温度域で
焼成するのが通例(例えば特開昭61-295228 号公報参
照)とされていたが、本発明においては前記したような
原料の選択および混合分散方法を採ることにより、1000
℃以上の焼成でも充分に高比表面積のγ−リチウムアル
ミネートを生成することが可能となる。したがって、焼
成温度の上限は特に定めるものではなく、1200℃以上の
焼成でも比表面積5m2/g以上のγ−リチウムアルミネー
トが得られる。
次粒子が最大 0.5μm の平均径であって、BET比表面
積が5m2/g以上の微粉末であり、かつ該微粉末が、700
℃の長期加熱によるBET比表面積の減少率が500時間
で10%以下、3000時間で15%以下の耐熱性のあるもので
あるため、MCFCの電解質保持板として好適な整った
高比表面積の微細性状と優れた耐熱性ならびに耐水分吸
湿性を保有している。
は、本発明による乾式混合分散手段により微細なアルミ
ナを微細な炭酸リチウム粒子の表面に均一に分散させ、
その混合物を 800℃以上の高温下で焼成反応させること
によって工業性よく製造することが可能となる。
体的に説明する。
状のアルミナおよび炭酸リチウムをLiとAlの原子比
が等量となるように仕込み、20分間撹拌混合した。さら
にこの混合粉体をバンタムミルにて粉砕し均一に分散さ
せた。ついで、この混合粉末を1000℃で5時間焼成して
反応させた。得られた焼成品は丸味を帯びた微細粒子で
ありX線回折によりγ型のリチウムアルミネートである
ことが確認された。そのBET比表面積および一次粒子
径は表1に示すとおりであった。なお、一次粒径D50は
電子顕微鏡(SEM)観察法により求めた平均径で表わ
した。
施例の場合にはBET比表面積が10m2/gを越え、一次粒
子の平均径が 0.5μm 以下のγ−リチウムアルミネート
微粉末が得られたが、炭酸リチウムの平均粒子径が10μ
m を越える比較例1、BET比表面積が10m2/g未満のア
ルミナを用いた比較例2では、共にBET比表面積5m2
/g以上のγ- リチウムアルミネートを得ることができな
かった。
リチウムをLiとAlの原子比が等量となるように計量
し、表2に示す各種の混合装置を用いて混合分散させ
た。各混合粉体をそれぞれ1100℃で5時間焼成して反応
させた結果、丸味を帯びたγ型のリチウムアルミネート
微粉末が得られた。これらの粉体のBET比表面積は表
2に示すとおりであり、原料成分を高速分散混合機およ
び/または衝撃型粉砕機を用いて十分な乾式の均質混合
分散処理を施した場合にBET比表面積が5m2/g以上の
焼成品が得られた。
ルミナと平均粒子径 4.4μm の炭酸リチウムをLiとA
lの原子比が等量となるように仕込み、20分間撹拌混合
した。さらにこの混合粉体をバンタムミルにて粉砕分散
させた。次いでこの粉末を800 から1200℃の異なる焼成
温度で各5時間反応処理した。得られた焼成品は、いず
れも丸味を帯びたBET比表面積5m2/g以上のリチウム
アルミネート微粉末であった。焼成品の性状を焼成温度
と対比して表3に示した。
1000℃焼成品および1100℃焼成品、2種類の市販γ−リ
チウムアルミネート(市販品A、市販品B)を試料とし
た。図1は試料に用いた実施例4の1100℃焼成品のSE
M写真、図2は市販品AのSEM写真である。図1と図
2を対比して判るように、本発明で得たγ−リチウムア
ルミネート微粉末は市販品に比べて丸味を帯び、粒子性
状が均質であることが認められる。これらの試料を用
い、大気中、 700℃の温度で長期加熱した場合のBET
比表面積の減少率を測定した。減少率(%)は、加熱前
のBET比表面積をHS1 、n時間加熱後のBET比表
面積をHS2 としたとき、(HS1 −HS2)/HS1 ×
100 によって求めた値で示した。その結果を表4に示し
た。
アルミネート微粉末とくに1100℃焼成品は市販品に比べ
て比表面積の減少率が小さく、500 時間で10%以下、30
00時間で15%以下の減少範囲に収まっていることを示し
ている。
後の大気下、25℃、RH60%における吸湿率、および吸
湿処理40時間後におけるBET比表面積の増加率を測定
した。なお、表示した吸湿率はドライベースの値であ
り、BET比表面積の増加率(%)は、吸湿後のBET
比表面積をWS1 、吸湿前のBET比表面積WS2 とし
たとき、(WS1 −WS2)/WS2 ×100 で求められる
値とした。その結果を表5に示した。
ルミネート微粉末は市販品に比べて吸湿率および吸湿処
理後のBET比表面積の増加率が著しく小さく、処理後
の吸湿率は50時間で5%以内、100 時間で10%以内であ
り、またBET比表面積の増加率は20%以内であった。
リチウムアルミネートは一次粒子径が細かく、形状が丸
味を帯びて整っている高比表面積のγ結晶型の微粉末で
ある。また、本発明の製造方法により従来技術に比べて
高温焼成で生成されているため耐熱性が高く、水分吸湿
性が低いため、MCFCの電解質保持板の材料として好
適に使用することができる。
ネート微粉末の粒子構造を示したSEM写真である。
ト微粉末の粒子構造を示したSEM写真である。
Claims (4)
- 【請求項1】 一次粒子が最大 0.5μm の平均径であっ
て、BET比表面積が5m2/g以上の微粉末であり、かつ
該微粉末が、700℃の長期加熱によるBET比表面積の
減少率が500時間で10%以下、3000時間で15%以下の耐
熱性のあるものであることを特徴とするγ−リチウムア
ルミネート。 - 【請求項2】 微粉末が、 300℃で6時間加熱処理後の
RH60%(25 ℃) の関係湿度における吸湿率(ドライベ
ース換算)が50時間で5%以内、100 時間で10%以内の
耐湿性を有するものである請求項1記載のγ−リチウム
アルミネート。 - 【請求項3】 微粉末が、 300℃で6時間加熱処理後の
RH60%(25 ℃) における40時間後の吸湿処理でBET
比表面積の増加率が20%以内のものである請求項1又は
2記載のγ−リチウムアルミネート。 - 【請求項4】 BET比表面積10m2/g以上の微粉アルミ
ナと平均粒子径が10μm 以下の炭酸リチウムを原料成分
とし、これらをヘンシェルミキサーの如き高速分散混合
機、もしくはジェットミル、アトマイザーまたはバンタ
ムミルの如き衝撃型粉砕機から選ばれた1種または2種
の混合装置で均一に混合分散したのち800 ℃以上の温度
で反応させることを特徴とするγ−リチウムアルミネー
トの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13162092A JP3333547B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | γ−リチウムアルミネートおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13162092A JP3333547B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | γ−リチウムアルミネートおよびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05294614A JPH05294614A (ja) | 1993-11-09 |
JP3333547B2 true JP3333547B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=15062318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13162092A Expired - Lifetime JP3333547B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | γ−リチウムアルミネートおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3333547B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6290928B1 (en) * | 1997-04-07 | 2001-09-18 | Nippon Chemicals Industrial Co. | Gamma lithium aluminate product and process of making |
JP4312286B2 (ja) * | 1998-12-28 | 2009-08-12 | 日本化学工業株式会社 | α−アルミン酸リチウムの製造方法 |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP13162092A patent/JP3333547B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05294614A (ja) | 1993-11-09 |
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