适合高温运行固体电解质性能生产方法

适合高温运行固体电解质性能生产方法MgO-PSZ固体电解质，主要用于制作测量钢水中氧含量的电极（传感器）。

其瞬间工作温度1650℃，为了确保传感器的精确性，除了使用科学的烧结方法，还要通过烧结温度的控制，使这种离子电导陶瓷材料结晶的晶体形态由单斜转化为六方形晶体。

MgO-PSZ固体电解质，仅仅适用于高温工作环境，不适用于常温工作的锂离子电池。

这里介绍的技术资料，是为其它固体玻璃体电解质制作时做参考资料。MgO-PSZ固体电解质的制造方法一

使用工业级ZrOCl2·8H2O溶解于去离子水中，形成水溶液。溶液的pH＝1～2。加入计算量的MgO（6.71mol）。在搅拌条件下，缓慢加入氨水，形成白色沉淀。调整溶液的pH＝9，从而保证沉淀的完整性。所得沉淀离心脱水后，在80℃下干燥，然后在600℃下焙烧4

小时。在乙醇介质中球磨24小时，再次115℃下干燥。然后在1100℃下焙烧4小时。得到平均粒度为0.8um的MgO-PSZ粉体。

MgO-PSZ加入到有机粘合剂，形成料浆，用注射成型的方法形成一端封闭的坯。在1200℃脱去有机溶液，在1750℃下烧结3h。之后，再冷却至1000℃，时效处理2h，即可以得到固体电解质材料。

MgO-PSZ固体电解质的制造方法二

称取原料→加水溶解→过滤固体杂→加入稳定剂氧化→加入氨

水共沉→沉淀物水洗（pH）→加入分散剂→干燥热→分解ZrCl4+NH4OH→Zr(OH)4↓+NH4Cl

NH4Cl→NH3↑+HCl

Zr(OH)4→ZrO2+2H2O↑

Mg(OH)2→MgO+H2O↑

（1）取500克氢氧化锆，置于1000mL的容器中，加入360mL蒸馏水，搅拌，使之溶清。

（2）抽滤，除去固体杂质，洗净布氏漏斗和抽滤用有锥形瓶，垫好湿滤纸，缓慢倒入溶清的氯氧化锆溶液。抽滤后，用少许蒸馏水（约20mL）淋洗布氏漏斗。

②为了得到含氧化镁质量比为2.2%的氧化锆，需计算加入氧化镁的质量。按500g氯氧化锆中含有的氧化锆的重量（按分子量计算，也可以用实验的方法测定单位体积溶液中氧化锆含量，按溶液的浓度和体积来计算）。

（3）加入氧化镁，搅拌，溶清

（4）共沉淀

①缓慢加入300mL氨水，同时不停地搅拌，使沉淀不结团，可补加到400mL氨水，直到沉淀完全，并将被沉淀包裹的水放出，可将搅拌澄清的清液取出少量，在清液中加入氨水后，不再产生沉淀，表明沉淀完全。

②在布氏漏斗中再垫滤布和滤纸，将沉淀物倒入布氏漏斗内，抽滤；滤干后，用氨水溶液（1：15）淋洗三次，每次50mL。

③为进一步除去氯化铵，将滤饼倒入2000mL容器中，加入300mL 氨水溶液浸泡，搅拌澄清后，倒掉清液，再次抽滤除水。

（5）化学分析，测定沉淀物中镁的含量。计算相应的氧化锆中氧化镁的含量

（6）干燥：

①在滤饼中加入分散剂，搅拌均匀；

②蒸馏，干燥沉淀物、回收分散剂。

（7）热分解

将干燥的沉淀物盛在氧化铝坩埚中，放在马弗炉内；升温至480℃，保温一小时，将剩余的氯化铵分解、排除。再升温至600℃，保温一小时，使氢氧化物分解完全。

MgO-PSZ固体电解质导电性质的研究

MgO-PSZ固体电解质材料中的传导方式主要为氧离子传导，电子电导较小，要准确测定固体电解质材料中电子电导率的关键在于氧离子阻塞电极的制备。只要能制备好阻塞电极，将氧离子的传导完全阻断，那么就能较为准确地测定其电子电导。

对阻塞电极的主要要求是：

（1）阻塞电极中氧的来源被完全切断；

（2）具有良好的电子导电性；

（3）能与测试的电解质样品紧密结合，没有漏氧的间隙；

（4）制备工艺简单，成本低廉。

金属为良好的电子导体，在所需的测定温度范围内一般为固态，氧在其中的扩散很慢，因此是制作氧离子阻塞电极的理想材料。存在的主要问题是金属与固体电解质材料（陶瓷材料）的结合问题。一般

说来，纯净的金属与陶瓷材料是不浸润的，因此，如何解决好两者间的密封结合问题是能否发挥金属作为氧离子阻塞电极优点的关键所在。

综合以上因素的考虑，本文采用了电镀铜的方法。由于常温下试样不导电，所以需将试样的一面及侧面预先喷涂上一层铜膜或者涂敷煅烧一层铂膜，有人尝试了这两种措施。

然后将待镀试样放到电镀液中(硫酸铜浓度为200g/l，硫酸浓度为60g/l)，通10mA/cm2的电流。

由下往上的顺序依次为MgO-PSZ试样、铜膜、电镀铜层。可以看到样品和铜结合的很紧密，镀铜层比较致密。将镀铜后的试样两面均匀涂上铂浆，粘上铂金丝，在800℃下烧结30min，即可得到样品。测试过程中为了避免铜被氧化，在炉内通入纯氮气保护。由于铜镀层很薄，其电阻可以忽略不计。

第一行是总的电导率，第二行是电子电导率，第三行是电子迁移数。