[发明专利]聚合物膜及其制备方法，具有聚合物膜的电解质以及电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物膜。

本发明还涉及一种聚合物膜的制备方法。

本发明还涉及一种具有聚合物膜的电解质。

本发明还涉及一种具有聚合物膜的电解质的电池。

背景技术

锂电池作为现有技术中的一种高能量密度电池，被业界人员进行了广泛的研究，其中聚合物锂离子电池由于可任意形状化和无漏液危险更是得到了人们的广泛关注。聚合物锂离子电池的关键材料是电解质，而商业化聚合物锂离子电池用电解质是基于一种胶态有机微孔膜，其中有机膜为支撑骨架，电解液则储于微孔中，锂离子的导电通过聚合物分子的链段运动或储于微孔中的电解液的迁移来实现，整个聚合物电解质呈半固态结构。

优良的聚合物电解质应该具备机械强度大、电化学性能稳定，电子绝缘，离子导电率高、易于制备以及具有宽稳定电压窗口等条件。近几年人们一直致力于寻找满足条件的凝胶态聚合物和固体电解质。研究主要集中在以聚丙烯腈(PAN)，聚环氧乙烷(PEO)等为基质的聚合物电解质，但由于这些电解质的室温离子电导率偏低、电解质机械强度差、或聚合物基质对制备的电池电化学性能有影响等，商业化应用受到限制。

美国Bellcore公司于1994年在聚合物锂离子电池制备方面取得突破，并成功实现商业化，他们用聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)通过增塑/萃取工艺制得微孔结构的聚合物膜，增加了聚合物电解质的吸液率，并因此提高了电解质的离子电导率和电池的高倍率放电性能。该方法的不足之处是要采用抽提步骤萃取出增塑剂，因而提高了电池生产成本，并由此带来了处理大量有机增塑剂而出现的安全问题。

因此，现有技术实有必要进一步提高。

发明内容

本发明提供一种可作为电解液支撑材料的具有高的离子导电率，很宽的电压稳定窗口的聚合物膜。

本发明提供了一种聚合物膜，至少包括聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，所述聚合物膜还包括聚甲基丙烯酸甲酯衍生物。

优选的，所述聚甲基丙烯酸甲酯衍生物包括三甲氧基硅烷取代的聚甲基丙烯酸甲酯。

优选的，所述聚甲基丙烯酸甲酯衍生物占所述聚合物膜的比重范围为5-25%。

优选的，所述聚合物膜具有多孔海绵状结构，所述聚合物膜的孔径尺寸为微米级或亚微米级。

优选的，所述聚合物膜的孔隙率范围为20-90%。

优选的，所述聚合物膜在室温下的离子电导率为4.7mS/cm。

优选的，所述聚合物膜的稳定电压窗口为4.8V。

本发明还提供了一种聚合物膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物与聚甲基丙烯酸甲酯衍生物溶解在溶剂中，机械搅拌后进行超声处理，形成均相的铸膜液；

向铸膜液中加入非溶剂，机械搅拌直至获得均相溶液，浇铸均相溶液，待溶剂和非溶剂蒸发后，获得聚合物膜；

将聚合物膜进行干燥处理。

优选的，制备所述聚甲基丙烯酸甲酯衍生物包括如下步骤：在温度范围50-70℃下，通过自由基方法，采用偶氮二异丁腈作为热引发剂，由甲基丙烯酸甲酯和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷聚合生成聚甲基丙烯酸甲酯衍生物。

优选的，所述溶剂包括丙酮。

优选的，所述非溶剂包括水、乙醇或甲基叔丁基醚中的一种。

优选的，所述干燥处理是在真空条件下进行，所述干燥处理的温度范围为50-80℃，干燥处理的时间范围为5-12h。

本发明还提供了一种电解质，所述电解质包括如上所述的聚合物膜。

本发明还提供了一种电池，包括正极、负极以及设于正极和负极之间的电解质，所述电解质包括如上所述的聚合物膜。

本发明还提供了一种电池，包括正极、负极以及设于正极和负极之间的电解质，所述正极至少包括参与电化学反应的正极活性材料，所述正极活性材料含有硫基材料，所述电解质包括如上所述的聚合物膜。

与现有技术相比，本发明通过相分离法，利用溶剂/非溶剂制备一种具有多孔结构的聚合物膜，聚合物膜具有较强的机械性能、对热稳定性以及在室温下具有很高的离子导电率，同时吸收了液态电解质的聚合物膜具有高达4.8V的稳定电压窗口，符合聚合物锂离子电池和锂硫电池的应用要求。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

图1是实施例1提供的PMMA衍生物的¹H核磁共振谱图；

图2是实施例1提供的PMMA衍生物的热重分析曲线；