[发明专利]电化学电池

说明书

本发明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（EP    0123    516    A2）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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明组装的电池由阳极、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。

本发明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。本发明所得到的电池均为二次电池。

本发明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。

本发明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

放电曲线见图1。

实例4