具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

发明人通过对连接板的材料、制备工艺进行改进，得到特殊结构的陶瓷连接板，具有很好的耐腐蚀性、热膨胀系数匹配性和高的电导率。

本发明实施例提供一种陶瓷连接板的制备方法，包括：将阴极集流层20、陶瓷连接体层10和阳极集流层30形成一体化应用组件，三层的具体制备方法可以采用现有技术。

发明人改进了陶瓷连接板的制备工艺，采用流延、叠层热压、烧结的办法制造陶瓷连接板，由于不需要烧成后的再加工，本申请的陶瓷连接板可实现连续批量的生产，成本较低。全陶瓷结构避免了金属连接板界面的氧化和性能退化，为实现长寿命的电堆提供了保证。

具体地，包括如下步骤：

S1、陶瓷连接体层10的制备

结合图1-3，通过将制备原料混合之后形成流延浆料，经流延、干燥之后得到流延膜带；再通过模具冲压和裁切之后得到具有第一气体通道101的陶瓷膜100和具有第二气体通道201和中间开口202的陶瓷框架膜200，将两个陶瓷框架膜200置于陶瓷膜100的两侧形成装配体，将装配体进行热压和烧结，以得到陶瓷连接体层10。

具体地，参照图1和图2，陶瓷膜100表面的两端均设置有第一气体通道101，每个陶瓷框架膜200表面上均设置有与陶瓷膜100上的第一气体通道101相配合的第二气体通道201，陶瓷框架膜200上还设置有中间开口202，用于反应气体的分配，开口周边的陶瓷膜保留，以利于用两个陶瓷框架膜200对陶瓷膜100的四周进行加固。由于陶瓷连接体层10的中间部分不宜过厚，还需要较为致密，发明人了对此优化了陶瓷膜100和陶瓷框架膜200的具体形状。

陶瓷膜100和陶瓷框架膜200的制备原料可以采用现有的配方，主要包括陶瓷粉料、分散剂、粘结剂、塑化剂和溶剂等。

具体地，陶瓷粉料可以为Sr_1-xLa_xTiO₃、La_1-xSr_xCr_yM_1-yO₃、La_1-xCa_xCr_yM_1-YO₃，其中M＝Fe或Mn，x＝0.2-0.3，y＝0.4-0.6，也可以与一些高强度陶瓷(如氧化铝、氧化锆等)形成复合陶瓷。分散剂可以为DM-55醇酸改性的热塑性丙烯酸树脂，粘结剂可以为热塑性丙烯酸树脂B-72，塑化剂可以为Benzoflex50，溶剂可以为乙酸丁酯和二甲苯中的至少一种，优选为乙酸丁酯。

在实际操作过程中，将配料形成流延浆料，将上述浆料在精密流延机上流延，干燥得到该陶瓷素坯的流延膜带，陶瓷膜100和陶瓷框架膜200对应的流延膜的厚度为150-400μm，优选为200-300μm。

进一步地，取一片图1中的素坯和2片图2中的素坯，将图2中的素坯分别置于图1中素坯的两面，上下各一片，采用热压的方法形成图3中的结构。热压过程中的操作压力为5-8MPa(如5MPa、6MPa、7MPa、8MPa等)，加压时间为4-6s(如4s、5s、6s等)，保压时间为5-10min(如5min、6min、7min、8min、9min、10min等)，加压温度为70-85℃(70℃、75℃、80℃、85℃等)。为进一步提高成形的效果，热压过程中的操作压力为5-6MPa，加压时间为4-6s，保压时间为7-9min，加压温度为73-77℃。

进一步地，热压之后的素坯经过共烧结之后，形成图3中的结构，尺寸略有收缩，得到致密陶瓷连接体层10。烧结过程所采用的烧结制度如下：先升温至200-300℃进行一次保温(以去除残留溶剂)，升温至550-650℃进行二次保温(进行排胶，以去除粘结剂、塑化剂等原料)，升温至1100-1300℃进行三次保温，升温至1300-1500℃进行四次保温，再进行降温。

具体地，陶瓷连接体层10的制备过程中，烧结过程所采用的烧结制度如下：先以1-2℃/min的升温速率升温至200-300℃保温60-120min，以0.3-0.6℃/min的升温速率升温至550-650℃进行保温60-120min，以1.5-2.5℃/min的升温速率升温至1100-1300℃保温50-70min，以1-1.5℃/min的升温速率升温至1300-1500℃保温180-300min，再以3-5℃/min的降温速率降温至750-850℃，然后自然降温。通过进一步优化烧结过程的温度控制，以通过烧结形成致密且性能优异的陶瓷连接体层10。

S2、阴极集流层20的制备

结合图4，通过流延的方式制备多孔陶瓷素坯膜片，然后进行模具冲压、裁切和烧结之后得到阴极集流层20。通过裁切使阴极集流层20形状与陶瓷框架膜200上的中间开口202相适应。

具体地，阴极集流层20是通过以陶瓷粉料、分散剂、溶剂、造孔剂、粘结剂和塑化剂等原料，可以采用现有技术中的配方，经球磨、混合、过滤得到流延浆料，将上述浆料在精密流延机上流延，干燥得到该陶瓷素坯的流延膜带，阴极集流层对应的流延膜的厚度为250-500μm，优选为300-400μm。

具体地，陶瓷粉料、溶剂、分散剂、粘结剂、塑化剂的具体原料可以参照S1中的介绍，造孔剂可以为石墨、草酸铵、碳化淀粉等。通过调控造孔剂的用量，以控制最终制备得到的阴极集流层20的孔隙率为30-50％，优选为40-50％，用于空气气流的分配和电流。

具体地，烧结制度与S1大致相同，二次保温的时间增加至60-120min，以烧除造孔剂。

S3、一体化

结合图5-7，将阴极集流层20叠放于陶瓷连接体层10的一侧端面上进行烧结形成一体化中间结构，再将阳极集流层30置于陶瓷连接体层10的另一侧端面上进行组合成形，形成三层结构。利用阴极集流层20完成空气侧的气流分配和电流收集通路，利用阳极集流层30作为燃料气流分配板，得到完整的陶瓷连接体的应用组件。

具体地，阴极集流层20和阳极集流层30的形状与陶瓷框架膜200上的中间开口202相适应，在叠加时可以将阴极集流层20和阳极集流层30置于中间开口202中。

进一步地，阳极集流层30是由多孔金属或金属筋条形成。在一些实施例中，阳极集流层30的制备过程包括：将多孔金属原料进行裁切，以符合陶瓷框架膜200上中间开口202的形状；多孔金属原料可以为Ni毡。阳极集流层30可以用于燃料侧的气流分配，可以采用多孔金属或致密金属筋条形成的流路，金属件单独制造，镶嵌使用。

在一些实施例中，先将阴极集流层20叠放于陶瓷连接体层10的一侧端面上通过共烧结完成一体化过程，然后再与阳极集流层30通过粘接等方式组合。

需要补充的是，本发明实施例所提供的制备方法由于不需要烧成后的再加工，本申请的陶瓷连接板可实现连续批量的生产，成本并不高。其全陶瓷结构避免了金属连接板界面的氧化和性能退化，为实现长寿命的电堆提供了保证。

本发明实施例还提供一种用于单电池串联的陶瓷连接板，请结合图6-7，包括依次设置的阴极集流层20、陶瓷连接体层10和阳极集流层30，阴极集流层20贴合于陶瓷连接体层10的一侧端面，阳极集流层30贴合于陶瓷连接体层10的另一侧端面，陶瓷连接体层10为用于分隔燃料与空气的致密陶瓷隔膜，阴极集流层为用于空气侧气流分配的多孔陶瓷，阳极集流层是由多孔金属或金属筋条形成，该陶瓷连接板可以通过上述制备方法进行制备。

需要说明的是，陶瓷连接板中间为致密的隔膜，可分隔燃料与空气且电阻小，四周较厚而提供强度并给气流空间提供适当的高度；连接板整体为烧结前成型，烧结后无需机械加工。

需要说明的是，为了图示方便，图6-7及其对应的部件设计采用了只对燃料进行密封，而空气采用开放设计，但这并不构成对连接板形状的限制。全密封结构的连接板，如果采用本申请的材料与工艺制造，其也在本申请保护范围内。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种陶瓷连接板的制备方法，包括如下步骤：

(1)陶瓷连接体层10的制备

采用La_0.6Sr_0.4Cr_0.5Mn_0.5O₃和等量的3YSZ复合形成陶瓷粉料，将配料的原料经过流延、干燥得到该陶瓷素坯的流延膜带，该膜带的厚度为300μm。

采用模具冲压，裁切的方式得到图1中致密的陶瓷膜100对应的素坯1和图2中致密陶瓷框架对应的素坯2，具有第一气体通道101的素坯1和具有第二气体通道201和中间开口202的素坯2。取1片素坯1和2片素坯2，素坯2分别置于素坯1的两面，上下各一片，进行热压成形。热压的条件为：热压机加压压力为7MPa，热压机加压时间为5s，热压机保压时间为7min，热压机加压温度为80℃。

将热压后的素坯经过共烧结后得到图3中所示结构，其烧结制度为：以1℃/min的升温速率升温到250℃，保温60min，以0.5℃/min的升温速率升温到600℃，保温90min；以2℃/min的升温速率升温到1200℃，保温60min，以1℃/min的升温速率升温到1400℃，保温250min，再以4℃/min的降温速率降温到800℃，然后自然降温，得到烧结致密的陶瓷连接体层10。

(2)阴极集流层20的制备

采用La_0.6Sr_0.4MnO₃形成陶瓷粉料，将配料的原料经过球磨1h，过筛60目，干燥30h，通过流延得到多孔陶瓷素坯膜片，控制膜片厚度为400μm。利用模具冲压、裁切的方法得到图4中的多孔陶瓷素坯，进行单独烧结得到阴极集流层20，使最终阴极集流层20形状与陶瓷框架膜200上的中间开口202相适应。

烧结制度与(1)中大致相同，不同之处仅在于：升温速率升温到600℃后，保温120min。

(3)一体化

采用Ni毡为多孔金属，通过裁剪得到如图5所示的阳极集流层30，即阳极侧燃料分散层。

将阴极集流层20叠放于陶瓷连接体层10的一侧端面上进行烧结形成一体化中间结构，再将阳极集流层30置于陶瓷连接体层10的另一侧端面上通过粘接组合成形，得到陶瓷连接板。

经检测：将本实施例中制备得到的陶瓷连接板与单片电池构成电堆重复单元进行测试，测试后连接板的电阻体现在复数阻抗谱的高频截距中。经过与单电池本身的复数阻抗谱比较，判断连接板的面比电阻为0.2Ωcm²。在本实施例中燃料一侧进行有效的密封，空气一侧采用开放结构。

实施例2

本实施例提供一种陶瓷连接板的制备方法，与实施例1的区别仅在于：

步骤(1)中陶瓷粉料是以La_0.6Sr_0.4Cr_0.5Fe_0.5O₃为导电陶瓷材料，将其与等量的3YSZ复合；

步骤(2)中陶瓷粉料为La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃。

经检测：将本实施例中制备得到的陶瓷连接板与单片电池构成电堆重复单元进行测试，测试后连接板的电阻体现在复数阻抗谱的高频截距中。经过与单电池本身的复数阻抗谱比较，判断连接板的面比电阻为0.125Ωcm²。在本实施例中燃料一侧进行有效的密封，空气一侧采用开放结构。

对比实施例：

对比实施例提供一种陶瓷连接板的制备方法，与实施例1的区别仅在于：

步骤(1)中陶瓷粉料是以Sr_0.7La_0.3TiO₃为导电陶瓷材料，将其与等量的3YSZ复合；

步骤(2)中陶瓷粉料为La_0.8Sr_0.2MnO₃。

经检测：将本实施例中制备得到的陶瓷连接板与单片电池构成电堆重复单元进行测试，测试后连接板的电阻体现在复数阻抗谱的高频截距中。经过与单电池本身的复数阻抗谱比较，判断连接板的面比电阻为0.35Ωcm²。在本实施例中燃料一侧进行有效的密封，空气一侧采用开放结构。

对比实施例说明中间致密导电陶瓷膜和空气侧多孔陶瓷的本征电导率对于连接板的整体效果具有重要的影响。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。