[其他]一種固體電解質(zhì)電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86103796
• 申請(qǐng)日: 1986-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN86103796A
• 公開(kāi)（公告）日: 1987-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王大志;俞文海;朱斌;袁望治;賈新德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M6/18
• 分類號(hào): H01M6/18
• 代理公司: 中國(guó)科學(xué)院合肥專利事務(wù)所
• 代理人: 童建安

本發(fā)明屬于固體電解質(zhì)電化學(xué)能源領(lǐng)域

近年來(lái)隨著電子器件的發(fā)展，對(duì)便攜式微型電源的需求日益增大，多功能集成化、小型化器件問(wèn)世已來(lái)，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。不但對(duì)能源電池的壽命、可靠性、比能量等性能提出更高要求外，而且對(duì)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本具有現(xiàn)實(shí)意義。由于固體電解質(zhì)電池克服了液態(tài)電解質(zhì)電池的電解液泄漏問(wèn)題，同時(shí)具有優(yōu)良的機(jī)械性能及貯存性能，因此引起人們的重視。這些年來(lái)在電池的技術(shù)改進(jìn)和新材料的采用上，獲得了較大的發(fā)展。但已出現(xiàn)的固體電解質(zhì)電池，其電解質(zhì)多數(shù)為一價(jià)陽(yáng)離子材料〔US????3937635;J.Appl.Electrochem????8.445（1978）〕，由于K、Na、Li具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境條件要求苛刻。同時(shí)其自身的制備也比較困難，造價(jià)較高。而Ag、Cu化學(xué)活性又太低，電池的工作電壓較低。為滿足需要，制備固體電解質(zhì)時(shí)，往往要用價(jià)格昂貴的Ag、Rb等材料，而制得的固體電解質(zhì)其化學(xué)穩(wěn)定性也不十分理想〔J.Electrochem????Soc.116.312（1969）;J.Appl.Electrochem????6.269（1976）〕。另方面，作為固體電解質(zhì)材料應(yīng)具有高的分解電壓和高的離子導(dǎo)電性。一般固體電解質(zhì)材料，往往二者不可兼得。

針對(duì)上述情況。本發(fā)明著眼于開(kāi)發(fā)利用礦產(chǎn)資源，選用貯量豐富，分布廣泛，取材方便的蒙脫石或沸石礦石作為電池的固體電解質(zhì)，以改善電池的性能，降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明的要點(diǎn)在于選用具有較大化學(xué)活性，在正常環(huán)境條件下比較穩(wěn)定的二價(jià)金屬M(fèi)g、Zn、Ca或含有二價(jià)金屬的合金作為電池的陽(yáng)極材料，選用具有開(kāi)放性結(jié)構(gòu)，易于離子傳導(dǎo)，可遷移二價(jià)金屬離子的蒙脫石或沸石礦石作為固體電解質(zhì)材料，用陰極活性材料或含有該活性材料的混合物（也稱復(fù)合材料）作陰極材料。將所選用的固體電解質(zhì)置于陽(yáng)極和陰極之間施壓緊固，使它們緊密接觸即制成充電狀態(tài)的固體電解質(zhì)電池。該充電狀態(tài)的電池，根據(jù)陰極材料性能不同，可分為一次性電池和二次性電池兩種。一次性電池放電后無(wú)法再恢復(fù)使用，二次性電池可多次循環(huán)充放電，反復(fù)使用。還可根據(jù)需要制成全固態(tài)塊狀電池或薄膜電池。上述的蒙脫石或沸石礦石，可以是天然的、合成的或改性的蒙脫石或天然的、改性的沸石或者蒙脫石和沸石的混合物。其改性蒙脫石或沸石是在天然的或合成的蒙脫石中或在天然的沸石中添加無(wú)機(jī)鹽，或?qū)⑵湓谙鄳?yīng)無(wú)機(jī)鹽溶液中進(jìn)行離子交換或復(fù)蓋制得。所用無(wú)機(jī)鹽比例或相應(yīng)無(wú)機(jī)鹽溶液濃度均無(wú)任何限制。上述陰極活性材料是指氧化物、硫族化合物、鹵化物、碘的化合物、碘的絡(luò)合物或單質(zhì)的碘、石墨。多數(shù)情況下，石墨還作為一種電子電導(dǎo)添加劑使用或用作集電極。

由于兩電極材料可提供很負(fù)的電極電位，給出較大的開(kāi)路電勢(shì)，能與所選用的固體電解質(zhì)配合，獲得足夠大的陽(yáng)離子遷移率，以滿足電池工作的需要。在電池結(jié)構(gòu)中，為了與固體電解質(zhì)緊密接觸，陽(yáng)極可制成箔、片、絲、網(wǎng)、氈或粉末壓片體形狀，也可在載體上做成涂層或鍍層。具體選用的陰極活性材料可為：氧化物V₂O₅，TiO₂，MnO₂，F(xiàn)e₃O₄，F(xiàn)e₂O₃，Cr₂O₃等;硫族化合物MoS₂，TiS₂等;鹵化物CuCl，CuI等;有機(jī)物;碘的絡(luò)合物;單質(zhì)材料有碘，石墨等。由所用固體電解質(zhì)具有較穩(wěn)定的化學(xué)性能，與陽(yáng)極和陰極配合，能獲得良好的放電特性。為減少電池的極化和增大陰極層的電子電導(dǎo)，可用適當(dāng)比例的固體電解質(zhì)和電子電導(dǎo)添加劑添加到陰極材料中，制得復(fù)合陰極材料較為實(shí)用。

在上述二次電池中，為便于貯存可以制成放電狀態(tài)或半充電狀態(tài)的電池，即將二次電池中所用的陽(yáng)極材料和陰極活性材料直接混合，在一定溫度下，使陽(yáng)極的金屬離子插入陰極活性材料中，生成插入化合物，作為該電池的陰極。它可以沒(méi)有陽(yáng)極或陽(yáng)極只有少量的陽(yáng)極金屬材料。整個(gè)電池制成后，外特性表現(xiàn)為已放電狀態(tài)或只有很低的開(kāi)路電壓（即半充電狀態(tài)）。在投入使用前，必須先經(jīng)過(guò)充電，借外加電場(chǎng)，將陽(yáng)極離子從陰極中充電淀積到陽(yáng)極集電極上，形成陽(yáng)極，成為充電狀態(tài)的電池，即可投入使用。

在電池的實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中，為了保證外電路足夠的工作電壓和電流，可以將若干個(gè)單元電池進(jìn)行不同方式的串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組合。

下面結(jié)合附圖，在實(shí)施例中作進(jìn)一步描述：