[发明专利]锂型蒙脱石固体电解质的制造方法

说明书

本发明所属技术领域为化学电池的固体电解质。

锂电池是一种新型的高比能量电源。一些已商品化的锂电池，如Li-MnO₂电池，其使用的电解质是液态材料;Li-I₂电池的电解质是掺杂的LiI材料，其它一些Li-CuO，Li-SO₂，Li-SOCl₂电池的电解质也与本发明所用的电解质不同;此外，Li-FeS₂电池，则是以熔融态的LiCl-KCl作为电解质的热电池。

CN85103956A公开了固体电解质锂蒙脱石及其在电池中的应用，但在公开的说明书中，没有公布锂蒙脱石的制备详细方法，据称“所用材料为天然矿产锂蒙脱石，层间含锂离子占全部阳离子的90%，含层间吸附水15%”，表明这种锂蒙脱石属于水合锂离子型的蒙脱石，这种水合锂离子型蒙脱石固体电解质的物理与化学性能，最明显的特征是其离子电导率随层间水含量的变化而起伏不定，该项专利公开说明书提供的数据也说明了这一点，当含层间水15%时，离子电导率为1×10^-3Ω·cm^-1（25℃），将此材料脱去层间水，它的离子电导率为5×10^-5Ω^-1·cm^-1（25℃）。拿这种锂蒙脱石作固体电解质制电池，其电学性能自然是欠佳的，于是他们对脱水的锂蒙脱石，采取吸附PC的方法，以65%脱水的锂蒙脱石和35%的PC，均匀混合组成的PC锂蒙脱石，离子电导率有所恢复，但是也只有4×10^-4Ω^-1·cm^-1，离子电导率仍然不够高;用它制作锂蒙脱石电解质电池，从文件附图中的放电曲线展示，工作电压由3.0V急剧下降，平均工作电压1.2伏，工作电流2.75μA/cm²，表明电池容量有限，性能较差。因此，研究发展离子电导率高的、具有防极化性能的与电学性能稳定性好的锂型蒙脱石固体电解质材料，成为新发明固体锂电池的努力目标。

本发明的目的是以天然膨润土提取的优质的钠基蒙脱石原料，采用锂盐非水有机溶剂法，制备锂电池的锂型蒙脱石固体电解质。按照（-）Li‖锂型蒙脱石‖TiS₂（+）组成的电池，负极用的金属锂和正极用的TiS₂都有现成的商品供应。固体电解质的选择使用，对电池的物理、化学性能和电池的质量有极大的影响。

锂型蒙脱石固体电解质材料制备，以天然钠基膨润土为原料，经过提纯，选取粒径小于2微米的优质钠基蒙脱石（含量在75-95%以上），再进行脱水处理，采用锂盐非水有机溶剂丙二醇碳酸酯或二甲基甲酰胺交换法，将钠基蒙脱改型为锂型蒙脱石，结合进行防极化处理，使材料维持电化学性能稳定。

本发明使用的锂型蒙脱石具有下列物理化学性能：

（1）离子电导率：

加丙二醇碳酸酯溶剂：σ（25℃）＝1.53×10^-3Ω^-1·cm^-1

σ（70℃）＝5.2×10^-3Ω^-1·cm^-1

加二甲基甲酰胺溶剂：σ（25℃）＝1.31×10^-3Ω^-1·cm^-1

σ（73℃）＝5.85×10^-3Ω^-1·cm^-1

（2）电子电导率：小于总电导率的1%。

（3）表观活化能：0.14eV。

（4）分解电压：≥2.6V。

（5）离子电导率随时间的稳定性：在室温下连续21天观测，样品离子电导率基本恒定;在76℃条件下连续观测21天，其离子电导率比初始下降1/7。

（6）材料的热稳定性：在常温下（20℃）材料的物理化学性能稳定，工作温度最大范围在-20～+50℃。

（7）锂型蒙脱石材料对金属锂，二硫化钛正负极不起化学作用，性能稳定，在制备锂型蒙脱石固体电解质材料过程中，对所含水份要有针对性地进行脱水处理，并要防潮，本材料柔软，加工时密集性好，具有良好的成型性能。

本发明的实例：

按照（-）Li‖锂型蒙脱石‖TiS₂（+）的电池结构模式，制成扣式固体锂型蒙脱石固体电解质电池。电池外壳为金属结构，外部尺寸为φ5～30×2.5～45mm，每只电池用料总重量为0.5-10.0克。