电化学电池制造技术

本发明专利技术涉及固态电池中高分子聚合物电解质的改进。采用聚丙烯腈与碱金属盐的络合物作为电化学固态电池的电解质薄膜，性能稳定，成本低，组装后的电池工作温度低，容量高，具有广泛的应用。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学固态电池。高分子聚合物与碱金属盐的络合物作为固态电池的电解质已得到应用。一九七三年赖特(Wright)等人报导了使用聚环氧乙烷(简称PEO)和碱金属盐组成的络合物作为固态电池的电解质。欧洲专利(EP0123516A2)使用了PEO材料作为电化学固态电池的电解质薄膜，但是，不能不指出PEO材料制成的薄膜性能较差，难以制备大面积无针孔的薄膜，价格也较昂贵，由该电解质薄膜组装的电池工作温度较高，因此不易投入实际使用。本专利技术的目的在于提供一种新的高分子聚合物与碱金属络合物的电解质薄膜，特别是提供一种高分子聚合物主体，价格便宜，合成工艺简单，使做成的电解质薄膜可成任意大小和厚度，无针孔，热稳定性好。本专利技术的目的还在于使用新的高分子聚合物与碱金属盐的络合物作为电解质薄膜构成全固态电池，其工作温度低，性能稳定，容量高。本专利技术使用丙烯腈作为高分子聚合物单体，在一定条件下进行聚合，然后与一定比例的碱金属盐(如NaI，LiI，LiClO4，NaSCN和LiCF3SO3等)作用制成薄膜，此薄膜可以作为固态电池的电解质。聚丙烯腈(PAN)可溶于二甲基亚砜(DMF)中，分子量在2.5-8万之间，在与碱金属盐阳离子络合后形成的薄膜，在较低温度下(20～80℃)具有相当的电导，室温下离子电导为10-5Ω-1Cm-1以上，如果加入一定量的r-Al2O3(10%重量比)，可使电导率提高1～2个数量级，将PAN与碱金属盐(以氮原子与碱金属离子摩尔比计算)以2～6∶1摩尔比混合，二甲基亚砜作为溶剂，经由减压、蒸除溶剂成粘稠状，然后片铸並真空干燥，就可以得到聚丙烯腈与碱金属盐络合物电解质薄膜。本专利技术组装的电池由阳极、聚合物电解质和阴极组成。阴极是由活泼的轻金属及其合金，如锂，锂铝合金、铝、镁和锌等。阳极是采用嵌入电极材料，如TiS2、MnO2和V6O13，为了提高电导率，可加入适量的石墨、钼粉，其制作方法可以是压片成型;也可以在聚四氟乙烯溶液中加入上述材料制膜;可以在PAN中加入阳极材料和石墨、钼粉等用溶剂充分混合，然后蒸去溶剂制模;还可以采用制纸工艺在植物纤维浆中掺入上述电极粉末，制成阳极电极纸。本专利技术的电池可以做成扣型、卷筒型和超薄型。特别是超薄型电池可以嵌入纸制品和塑料包装上等。本专利技术所得到的电池均为二次电池。本专利技术所提供的高分子聚合物电解质薄膜性能稳定，其薄膜可成任意大小和厚度，且制造工艺简单、成本低廉适宜大规模生产。由所提供的电解质薄膜组装的固态电池工作温度低，音量高。本专利技术的优点和先进性可以从下述实施例中得到充分说明。实例1聚丙烯腈的制备。取200ml水加入三颈瓶中;再加入20ml新蒸去阻聚剂的丙烯腈，再加入0.6%(重量比)的引发剂NaClO3-Na2SO3(1/3摩尔比);然后用适量HNO3调整PH值小于4.5;在35℃温度下搅拌48小时，得聚丙烯腈(PAN)，抽滤洗净，真空干燥。实例2取实例1制备的PAN3.265克于磨口三角瓶中，加入0.1772克LiClO4和0.4899克r-Al2O3，再加入50ml二甲基亚砜，在30℃温度下搅拌48小时，待完全溶解后减压蒸去溶剂至粘稠状，浇铸于聚四氟乙烯板上，然后在50℃温度下减压干燥，即得PAN电解质薄膜。实例3电池组成Mg｜(PAN)4-NasCN｜MnO2Mo，C;Mg箔厚0.1mm，面积1Cm2;工作温度20℃;PAN-NaSCN厚0.05mm;MnO2厚1mm;电池电压1.6V-0.9V放电电流200μA充电电流100μA放电曲线见附图说明图1。实例4电池组成Ni(网)、Li｜(PAN)4-LiClO4｜TiS2、Mo;Li厚0.5mm，面积1Cm2;工作温度70℃;PAN膜厚0.05mm;TiS2、Mo厚1mm;电池电压3.2V-1.8V放电电流0.5mA充电电流0.2mA放电曲线见图2。实例5电池组成Al｜(PAN)4-NaI｜MnO2、Mo、C;Al箔厚0.05mm;PAN膜厚0.05mm;MnO2纸厚0.06mm，面积50Cm2;卷筒中间加碳棒，极间加电容纸;工作温度20℃。电池电压0.96V-0.5V放电电流500μA充电电流200μA放电曲线见图3。参考文献〔1〕王超英陈立泉等《物理学报》33(1984)854，37(1987)60〔2〕MichelArmand《SoiidstateIonics》9&10(1983)745-754〔3〕C·KChiang《SolidstateIonics》9&10(1983)1121-1124〔4〕D·E·Fenton，J·M·Parker，D·V·Wright《Polymer》14(1973)589〔5〕EP0123516A权利要求1.一种用于固态电池的聚合物电解质薄膜，其特征在于所说的聚合物电解质薄膜是由聚丙烯腈和碱金属盐的络合物制成。2.按照权利要求1所说的电解质薄膜，其特征在于所说的聚丙烯腈和碱金属盐是按2～6∶1摩尔比混合。3.按照权项1或2所说的电解质薄膜，其特征在于所说的碱金属盐是NaI，NaSCN，LiI，LiClO4或LiCF3SO3。4.一种电化学固态电池，其特征在于a.以2～6∶1摩尔比的聚丙烯腈和碱金属盐的络合物而制成的薄膜作为所说固态电池的电解质;b.阳极为嵌入电极材料;c.阴极为轻金属及其合金。5.按照权项4所说的电化学固态电池，其特征在于所说的碱金属盐是NaI，NaSCN，LiI，LiClO4或LiCF3SO3。6.按照权项4所说的电化学固态电池，其特征在于所说的嵌入电极材料是TiS2，MnO2，V6O13和Mo，C等。7.按照权项4所说的电化学固态电池，其特征在于所说的轻金属及其合金是锂、锂铝合金、铝、镁和锌。全文摘要本专利技术涉及固态电池中高分子聚合物电解质的改进。采用聚丙烯腈与碱金属盐的络合物作为电化学固态电池的电解质薄膜，性能稳定，成本低，组装后的电池工作温度低，容量高，具有广泛的应用。文档编号H01M10/40GK1030671SQ8710478公开日1989年1月25日 申请日期1987年7月11日 优先权日1987年7月11日专利技术者江哲, 于梦起, 祝文存, 田庆元 申请人:天津师范专科学校 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固态电池的聚合物电解质薄膜，其特征在于所说的聚合物电解质薄膜是由聚丙烯腈和碱金属盐的络合物制成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江哲，于梦起，祝文存，田庆元，
申请(专利权)人：天津师范专科学校，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]