[其他]一种固体电解质电池

说明书

本发明属于固体电解质电化学能源领域

近年来随着电子器件的发展，对便携式微型电源的需求日益增大，多功能集成化、小型化器件问世已来，其应用领域极为广泛。不但对能源电池的寿命、可靠性、比能量等性能提出更高要求外，而且对进一步降低生产成本具有现实意义。由于固体电解质电池克服了液态电解质电池的电解液泄漏问题，同时具有优良的机械性能及贮存性能，因此引起人们的重视。这些年来在电池的技术改进和新材料的采用上，获得了较大的发展。但已出现的固体电解质电池，其电解质多数为一价阳离子材料〔US    3937635;J.Appl.Electrochem    8.445（1978）〕，由于K、Na、Li具有较强的化学活性，在生产过程中对环境条件要求苛刻。同时其自身的制备也比较困难，造价较高。而Ag、Cu化学活性又太低，电池的工作电压较低。为满足需要，制备固体电解质时，往往要用价格昂贵的Ag、Rb等材料，而制得的固体电解质其化学稳定性也不十分理想〔J.Electrochem    Soc.116.312（1969）;J.Appl.Electrochem    6.269（1976）〕。另方面，作为固体电解质材料应具有高的分解电压和高的离子导电性。一般固体电解质材料，往往二者不可兼得。

针对上述情况。本发明着眼于开发利用矿产资源，选用贮量丰富，分布广泛，取材方便的蒙脱石或沸石矿石作为电池的固体电解质，以改善电池的性能，降低生产成本。

本发明的要点在于选用具有较大化学活性，在正常环境条件下比较稳定的二价金属Mg、Zn、Ca或含有二价金属的合金作为电池的阳极材料，选用具有开放性结构，易于离子传导，可迁移二价金属离子的蒙脱石或沸石矿石作为固体电解质材料，用阴极活性材料或含有该活性材料的混合物（也称复合材料）作阴极材料。将所选用的固体电解质置于阳极和阴极之间施压紧固，使它们紧密接触即制成充电状态的固体电解质电池。该充电状态的电池，根据阴极材料性能不同，可分为一次性电池和二次性电池两种。一次性电池放电后无法再恢复使用，二次性电池可多次循环充放电，反复使用。还可根据需要制成全固态块状电池或薄膜电池。上述的蒙脱石或沸石矿石，可以是天然的、合成的或改性的蒙脱石或天然的、改性的沸石或者蒙脱石和沸石的混合物。其改性蒙脱石或沸石是在天然的或合成的蒙脱石中或在天然的沸石中添加无机盐，或将其在相应无机盐溶液中进行离子交换或复盖制得。所用无机盐比例或相应无机盐溶液浓度均无任何限制。上述阴极活性材料是指氧化物、硫族化合物、卤化物、碘的化合物、碘的络合物或单质的碘、石墨。多数情况下，石墨还作为一种电子电导添加剂使用或用作集电极。

由于两电极材料可提供很负的电极电位，给出较大的开路电势，能与所选用的固体电解质配合，获得足够大的阳离子迁移率，以满足电池工作的需要。在电池结构中，为了与固体电解质紧密接触，阳极可制成箔、片、丝、网、毡或粉末压片体形状，也可在载体上做成涂层或镀层。具体选用的阴极活性材料可为：氧化物V₂O₅，TiO₂，MnO₂，Fe₃O₄，Fe₂O₃，Cr₂O₃等;硫族化合物MoS₂，TiS₂等;卤化物CuCl，CuI等;有机物;碘的络合物;单质材料有碘，石墨等。由所用固体电解质具有较稳定的化学性能，与阳极和阴极配合，能获得良好的放电特性。为减少电池的极化和增大阴极层的电子电导，可用适当比例的固体电解质和电子电导添加剂添加到阴极材料中，制得复合阴极材料较为实用。

在上述二次电池中，为便于贮存可以制成放电状态或半充电状态的电池，即将二次电池中所用的阳极材料和阴极活性材料直接混合，在一定温度下，使阳极的金属离子插入阴极活性材料中，生成插入化合物，作为该电池的阴极。它可以没有阳极或阳极只有少量的阳极金属材料。整个电池制成后，外特性表现为已放电状态或只有很低的开路电压（即半充电状态）。在投入使用前，必须先经过充电，借外加电场，将阳极离子从阴极中充电淀积到阳极集电极上，形成阳极，成为充电状态的电池，即可投入使用。

在电池的实际生产和应用中，为了保证外电路足够的工作电压和电流，可以将若干个单元电池进行不同方式的串联、并联或串并联组合。

下面结合附图，在实施例中作进一步描述：