[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良好的电化学性能的聚合物膜，该聚合物膜成本更低，机械性能和热稳定性更好，室温下具有较高的离子电导率，且不会出现安全问题。

本发明提供一种聚合物膜，所述聚合物膜的组分包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和纳米粘土，以及聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物。

本发明提供一种聚合物膜，优选的，所述聚甲基丙烯酸甲酯衍生物为三甲氧基硅烷取代的聚甲基丙烯酸甲酯。

本发明提供一种聚合物膜，优选的，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物与所述聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物的质量比为1.2:1-1.8:1；以所述聚合物膜的质量百分含量为基准，所述纳米粘土的质量百分含量为4%-6%。

本发明提供一种聚合物膜，优选的，所述纳米粘土经过表面活性剂改性；所述表面活性剂为十八胺或十二烷基二甲基苄基氯化铵。

本发明提供一种聚合物膜，优选的，所述聚合物膜的厚度为60-100μm。

本发明提供一种聚合物膜，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；所述聚合物膜的孔隙率范围为60%-80%。

本发明提供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-六氟丙烯共聚物、纳米粘土、聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物在溶剂中混合，所述溶剂包括丙酮；再加入非溶剂混合，所述非溶剂包括水、乙醇或甲基叔丁基醚中的一种；浇铸并让溶剂和非溶剂挥发，干燥，得到组分包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和纳米粘土，以及聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物聚合物膜。

本发明还提供一种电解质，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，其中，所述电解质包括如上所述的聚合物膜。

本发明还提供一种电池，所述正极包括复合正极材料，优选的，所述复合正极材料包括单质硫、聚丙烯腈和Mg_0.6Ni_0.4O；所述复合正极材料中单质硫、聚丙烯腈和Mg_0.6Ni_0.4O的质量比为4:1:0.3。

本发明提供的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较高的离子导电率，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例对本发明作进一步说明。

图1是实施例3提供的电池恒流充放电时电压与比容量关系图；

图2是实施例3提供的电池恒流充放电时的循环性能图；

图3是实施例3提供的电池以不同电流密度充放电时的循环性能图；

图4是实施例3提供的电池以不同电流密度充放电时电压与比容量关系图。

具体实施方式