[0001] 本发明属于电解质电池器件技术领域，具体涉及一种金属氧化物陶瓷电池基板及其制备方法。

[0002] 金属氧化物陶瓷电池器件包括薄陶瓷片(例如氧化锆)形式的电解质片材。基于氧化锆的电解质片材负载多个电池，每个电池由位于氧化锆片材任意侧的阳极层和阴极层形成。

[0003] 例如公告号为CN103872367B的专利公开了一种固体氧化物燃料电池氧化锆基电解质薄膜，该电解质薄膜包括致密层与疏松层，其中致密层能够有效隔绝阴极气与阳极气，使开路电压接近于理论值；疏松层能够改善阴极/电解质界面接触性能。该电解质薄膜采用射频磁控反应溅射的方法制备，氧化锆基电解质薄膜厚度可调可控，厚度均匀、气密性良好。该电解质薄膜的使用，有效的降低了电池的欧姆电阻，提高了电池的性能。

[0004] 电池基板片材烧结时，由于疏松的金属氧化物(例如氧化锆)胶体与其表面的致密电解质层是共同烧结的，而二者的热膨胀系数有差异，导致烧结的片材局部出现表面起伏和变形，因此需要将该变形的部分切割去除，保证片材的平整性和一致性；同时，还需要在电池基板内钻孔用于填充电解液，并封孔。

[0005] 现有的片材分切可采用激光切割，钻孔方式多数为机械打孔或者激光打孔。例如公告号为CN101536235B的专利公开了一种烧结的电解质片材，其包括：厚度不大于45微米的主体，以及激光切削加工的特征，所述特征具有至少一个烧蚀至少10％的边缘表面。公开了对所述电解质片材进行微切削加工的方法，所述方法包括以下步骤：(i)负载烧结的电解质片材；(ii)用激光对所述片材进行微切削加工，所述激光的波长小于2微米，能量密度小于200焦/厘米2，重复频率(RR)为30赫兹至1兆赫，切割速度优选超过30毫米/秒。改进的穿孔：通过激光微切削加工，可以穿透/切透印刷的电极或其他层，高效地形成直径小于75微米(例如60微米，45微米，40微米，30微米，25微米或20微米)的高质量通孔102，可以得到复杂的非圆形的通孔形状，以及复杂的通孔图案……例如，可以用一些较小的以簇状形式排列的通孔代替单独的直径75微米的通孔。由于通孔直径较小，可以更高效地进行通孔填充。通过微切削加工还可以在与电解质片材相连的几个材料层中形成孔。例如，可以在将阳极层103印刷到基于氧化锆的电解质片材100上并进行烧制之后，微切削加工形成孔，由此同时在这两个层(电解质片材100和阳极103)上形成连续穿通的通孔。然而该通孔的加工方式仍然由激光辐射获得，此过程中需要反复地精确调整激光的脉冲、频率和功率等参数，使通孔能够穿透片材，同时激光热能辐射不对电池片材产生热损伤，而且还要考虑通孔数量，若通孔数量多，则打孔次数多，由于激光损伤的累积效应，造成片材破裂。

[0006] 封孔方式通常为在电池基材的侧壁上涂覆一层陶瓷材料，然后再次烧结成为致密陶瓷层，其烧结温度与表面的致密电解质层的烧结温度有温差，加上材质热膨胀系数的差异性，在电池基板高低温循环(例如常温至800℃之间反复快速循环)测试过程中，电池基板侧壁的陶瓷层不能耐受该高低温冲击，会出现开裂现象。

[0035] 实施例1

[0036] 本发明的金属氧化物可以是氧化锆、氧化镍等金属氧化物。本实施例以氧化锆为例，公开一种金属氧化物陶瓷电池基板的制备方法，包括以下步骤：

[0037] 制备疏松电解质基体1：疏松电解质基体1是对氧化锆胶体的混合物采用溶胶‑凝胶法制备得到的，溶胶‑凝胶法制备疏松电解质基体为公知技术，不再赘述。疏松电解质基体内部预埋可高温分解的丝线，丝线材质为锆丝，这样不影响基体材质成分；

[0038] 烧结电池基板：在疏松电解质基体1的表面覆盖致密电解质层2，其主要材质为二氧化硅玻璃，与疏松电解质基体1共同高温烧结后，致密电解质层2密封疏松电解质基体1的表面而形成电池基板；丝线融化后由疏松电解质基体1吸收，在疏松电解质基体1内形成通孔3；多排通孔3间隔地分布于电池基板的侧壁4上，通孔3的直径10‑50微米，水平间隔0.3‑1mm；

[0039] 分切电池基板，将电池基板的表面起伏和变形部分切割掉，分割得到规则、平整的条形半成品，分切方法可采用激光切割；电池基板的分切线方向切割通孔3，即通孔3的横截面位于电池基板被分切的侧壁4上，如图1所示；

[0040] 激光封孔：采用短脉冲紫外激光器熔覆条形半成品的侧壁4而封住通孔3，固化后完成封孔。从电池基板条形半成品的未封孔一侧的侧壁内通入氢气。

[0041] 采用本实施例方法制备的氧化锆电池基板，包括疏松电解质基体1、致密电解质层2和侧封层，疏松电解质基体1内设有若干个通孔3，通孔3贯穿疏松电解质基体1的侧壁4；致密电解质层2覆盖于疏松电解质基体1的表面，密封疏松电解质基体。侧封层由紫外激光器快速熔覆侧壁上的疏松电解质基体得到，侧封层密封通孔3的端部。

[0042] 本实施例采用激光熔覆封孔，取代对侧壁4涂覆密封涂层再进行二次烧结的工艺，改善了在高低温循环测试中导致电池基板侧壁开裂的现象。本实施例的紫外激光的波长短(355nm)，其能量直接作用于化学键，引起分子分解产生熔融状态，因此可实现常温熔覆，不需要将待熔覆部分高温加热到熔点，防止了高温辐射导致陶瓷电池基板开裂问题。

[0043] 实施例2

[0044] 如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，在激光封孔之后还包括以下步骤：

[0045] 预热电池基板：先将电池基板预热至400‑600℃，优选500℃，防止在蚀刻和焊接过程中，焊槽部分因温度突变梯度大而导致应力增加，防止电池基板开裂；同理，可在封孔前对电池基板预热。

[0046] 蚀刻焊槽：在致密电解质层表面用皮秒短脉冲紫外激光器蚀刻焊槽5，皮秒短脉冲紫外激光器发射355nm的皮秒激光，用皮秒短脉冲紫外激光高速蚀刻焊槽5，可避免焊槽5表面氧化，保证电路层的导通性。激光蚀刻常用于对金属、塑料和玻璃材质上，而由于陶瓷电池基板材质脆弱，因此未见用于陶瓷电池基板的蚀刻。本实施例采用短脉冲紫外激光器蚀刻陶瓷材质的焊槽，保护电池基板不会开裂。

[0047] 清洗焊槽5后，在焊槽5内印电路层，电路层材质为银浆，电路层的厚度为4‑7微米，优选5微米。

[0048] 在镍片6的背面均匀地涂覆一层锡层，将镍片6置于电池基板上，使镍片背面的锡层紧贴电路层；锡层的厚度为电路层厚度的0.9‑1.1倍，优选锡层的厚度与电路层的厚度相同。

[0049] 用纳秒短脉冲紫外激光器将镍片6焊接于电路层上。由于锡层仅起到助焊作用，其厚度很薄，因此被激光器快速焊接固定后，镍片6与镀银层已穿过锡层而互相结合，镍片与电路层经过1000℃的高温试验后无脱落现象，并且电路正常导通。

[0050] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。