蒙脫石（MMT）是典型的含水的層狀硅酸鹽礦物，其結(jié)構(gòu)為四面體片(T)與八面體片(O)比例為2:1的TOT型結(jié)構(gòu)，層間域含有Na+、Ca2+、H+等陽離子和水分子，具有較大的比表面積和較強(qiáng)的離子交換性。蒙脫石是最為常見的無機(jī)礦物填料，被廣泛應(yīng)用于納米復(fù)合材料的制備，同時(shí)也是復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)制備中最常用的黏土礦物。常通過對蒙脫石進(jìn)行鋰鹽無機(jī)改性處理、有機(jī)改性處理，或通過降低電解質(zhì)體系的各向異性，使復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出更高的離子電導(dǎo)率。
鋰鹽改性手段是將Li+通過離子交換插入MMT層間作為鋰源，使最終制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)成為單離子導(dǎo)體，以免電解質(zhì)中陰陽離子均可移動(dòng)而形成濃差極化，最終導(dǎo)致電池性能衰減。
Ruiz‐Hitzky等在1990年使用PEO插層鋰蒙脫石首次制備出有機(jī)-無機(jī)混合的離子導(dǎo)體材料，在一定的溫度范圍內(nèi)，PEO/Li-MMT復(fù)合材料的離子電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于Li-MMT，并且說明了帶負(fù)電荷的硅酸鹽片層使得電解質(zhì)中電荷傳輸?shù)妮d體僅限于陽離子，這種材料是一種很有潛力的離子導(dǎo)體。
Kim等將鋰離子改性蒙脫石（Li-MMT）無機(jī)填料作為鋰源，制備了以PEO為基的CPE，當(dāng)填料比例達(dá)到20%時(shí)，CPE具有最高的離子電導(dǎo)率5.3×10-6S/cm，同時(shí)具有最高的鋰離子遷移數(shù)0.55。
Walls等分別使用氣相SiO2和鋰蒙脫石兩種膠體顆粒制備了兩種具有高離子電導(dǎo)率和高機(jī)械性能的復(fù)合電解質(zhì)體系，氣相SiO2電解質(zhì)體系室溫下的離子電導(dǎo)率大于10-3S/cm，而鋰蒙脫石體系的電導(dǎo)率約為10-4S/cm，較低的電導(dǎo)率可以歸因于蒙脫石沒有完全剝分。
有機(jī)改性即為通過有機(jī)物插層，提高蒙脫石填料和聚合物基體的相容性，并且可以使MMT層間距擴(kuò)大，有利于層間離子的移動(dòng)，從而影響電解質(zhì)體系的性能。
Moreno等將鋰蒙脫石和聚丙烯腈（PAN）插層的鋰蒙脫石分別作為無機(jī)填料與PAN結(jié)合制備復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，結(jié)果表明在相同條件下后者的離子電導(dǎo)率比前者高出一個(gè)數(shù)量級，最高可達(dá)4.2×10-6S/cm。
Zhang等使用硬脂胺改性的蒙脫石制備了聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）/PMMA/MMT復(fù)合凝膠電解質(zhì)膜（GPE），包含5%蒙脫石的GPE在室溫下離子電導(dǎo)率可達(dá)3.06×10-3S/cm，組裝的Li-S電池在0.1C的電流下循環(huán)充放電100圈后容量仍高達(dá)1071mAh/g，庫倫效率約為100%，這歸因于GPE能夠很好地抑制穿梭效應(yīng)，提高了硫的利用率。
由于蒙脫石獨(dú)特的片層結(jié)構(gòu)，易在電解質(zhì)體系中形成擇優(yōu)取向排列，當(dāng)其不導(dǎo)電的片層垂直于離子電流路徑時(shí)，該復(fù)合電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率會(huì)有一定程度的降低，因此有學(xué)者提出熔融插層、超聲波剝分等方法來降低電解質(zhì)體系的各向異性，以避免對離子電導(dǎo)率造成負(fù)面影響。
Vaia等在1993年提出了熔融插層法來制備聚合物/層狀硅酸鹽復(fù)合材料，與溶液插層法相比，熔融插層法可以最大限度地減少層狀硅酸鹽的擇優(yōu)取向從而使材料具備良好的各向同性，同時(shí)避免因清洗除去多余聚合物最終影響Li+遷移速度。該學(xué)者之后使用熔融插層制備了PEO/Li-MMT聚合物復(fù)合電解質(zhì)，PEO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40wt%的電解質(zhì)在30℃下離子電導(dǎo)率為1.6×10-6S/cm，高于傳統(tǒng)的LiBF4/PEO電解質(zhì)，且受溫度影響較小。
插層或剝層MMT對電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率有較大的影響作用，剝分的粘土可以提供更多可移動(dòng)傳導(dǎo)的離子，而插層粘土中陽離子被“束縛”在粘土的結(jié)構(gòu)單元層間，離子電導(dǎo)率則會(huì)降低。
Wang等以有機(jī)MMT為無機(jī)填料，制備了以共聚物PVDF-HFP為基的凝膠電解質(zhì)，通過超聲處理PVDF-HFP/有機(jī)MMT懸浮液來剝分MMT，最終制備的凝膠電解質(zhì)（GPE）離子電導(dǎo)率在室溫下高達(dá)2.5×10-3S/cm，陽離子遷移數(shù)約為0.64。
資料來源：《齊鵬越,傳秀云,楊揚(yáng),等.黏土礦物在復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中的研究進(jìn)展[J].化工新型材料:1-12[2021-05-20]》
推薦您閱讀粉體行業(yè)資訊、了解工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)、熟悉更多超微粉碎產(chǎn)品百科知識(shí)，助您選設(shè)備不求人。
