[發(fā)明專利]聚合物膜及其制備方法，具有聚合物膜的電解質(zhì)以及電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110414845.1
• 申請(qǐng)日: 2011-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN103214768A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳璞;卡贊姆·杰迪;釗妍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州寶時(shí)得電動(dòng)工具有限公司;陳璞
• 主分類號(hào): C08L27/16
• 分類號(hào): C08L27/16;C08L27/20;C08K3/34;C08K9/04;C08J5/18;C08J9/28;H01M4/16;H01M10/0525
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物膜。

本發(fā)明還涉及一種聚合物膜的制備方法。

本發(fā)明還涉及一種具有聚合物膜的電解質(zhì)。

本發(fā)明還涉及一種具有聚合物膜的電解質(zhì)的電池。

背景技術(shù)

鋰電池作為現(xiàn)有技術(shù)中的一種高能量密度電池，被業(yè)界人員進(jìn)行了廣泛的研究，其中聚合物鋰離子電池由于可任意形狀化和無漏液危險(xiǎn)更是得到了人們的廣泛關(guān)注。聚合物鋰離子電池的關(guān)鍵材料是電解質(zhì)，而商業(yè)化聚合物鋰離子電池用電解質(zhì)是基于一種膠態(tài)有機(jī)微孔膜，其中有機(jī)膜為支撐骨架，電解液則儲(chǔ)于微孔中，鋰離子的導(dǎo)電通過聚合物分子的鏈段運(yùn)動(dòng)或儲(chǔ)于微孔中的電解液的遷移來實(shí)現(xiàn)，整個(gè)聚合物電解質(zhì)呈半固態(tài)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)良的聚合物電解質(zhì)應(yīng)該具備機(jī)械強(qiáng)度大、電化學(xué)性能穩(wěn)定，電子絕緣，離子導(dǎo)電率高、易于制備以及具有寬穩(wěn)定電壓窗口等條件。近幾年人們一直致力于尋找滿足條件的凝膠態(tài)聚合物和固體電解質(zhì)。研究主要集中在以聚丙烯腈(PAN)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚環(huán)氧乙烷(PEO)等為基質(zhì)的聚合物電解質(zhì)，但由于這些電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率偏低、電解質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度差、或聚合物基質(zhì)對(duì)制備的電池電化學(xué)性能有影響等，商業(yè)化應(yīng)用受到限制。

美國Bellcore公司于1994年在聚合物鋰離子電池制備方面取得突破，并成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，他們用聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)通過增塑/萃取工藝制得微孔結(jié)構(gòu)的聚合物膜，增加了聚合物電解質(zhì)的吸液率，并因此提高了電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和電池的高倍率放電性能。該方法的不足之處是要采用抽提步驟萃取出增塑劑，因而提高了電池生產(chǎn)成本，并由此帶來了處理大量有機(jī)增塑劑而出現(xiàn)的安全問題。

因此，現(xiàn)有技術(shù)實(shí)有必要進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種可作為電解液支撐材料的具有高的離子導(dǎo)電率，很寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口的聚合物膜。

本發(fā)明提供了一種聚合物膜，包括聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，所述聚合物膜還包括具有層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽。

優(yōu)選的，所述硅酸鹽包括鈉基蒙脫石、有機(jī)修飾蒙脫石中的至少一種。

優(yōu)選的，所述有機(jī)修飾蒙脫石包括有機(jī)季銨鹽修飾的蒙脫石。

優(yōu)選的，所述有機(jī)季銨鹽包括雙-羥乙基牛脂基甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨中的至少一種。

優(yōu)選的，所述聚合物膜為具有微米或亞微米或納米級(jí)孔隙的多孔結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述聚合物膜的孔隙率范圍為25-75％。

本發(fā)明提供了一種聚合物膜的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

1)將聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物與納米層狀硅酸鹽溶解在溶劑中，機(jī)械攪拌后進(jìn)行超聲處理，室溫下形成均相的鑄膜液；

2)向鑄膜液中加入非溶劑，機(jī)械攪拌直至獲得均相溶液，將均相溶液澆鑄到器皿上，待溶劑和非溶劑蒸發(fā)后，獲得聚合物膜；

3)將聚合物膜置于真空干燥箱中進(jìn)行干燥處理，以除去殘留的溶劑和非溶劑。

優(yōu)選的，所述溶劑為丙酮。

優(yōu)選的，所述非溶劑為叔丁基甲基醚。

優(yōu)選的，將聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物與納米層狀硅酸鹽溶解在溶劑中，機(jī)械攪拌的時(shí)間范圍為8-24h。

優(yōu)選的，所述真空干燥溫度范圍為50-80℃，干燥時(shí)間范圍為12-24h。

本發(fā)明還提供了一種電解質(zhì)，所述電解質(zhì)包括鋰鹽、有機(jī)溶劑和如上所述的聚合物膜。

本發(fā)明還提供一種電池，包括正極、負(fù)極以及設(shè)于正極和負(fù)極之間的電解質(zhì)，所述電解質(zhì)包括如上所述的聚合物膜。

優(yōu)選的，所述正極至少包括正極活性材料，所述正極活性材料能夠可逆-脫出嵌入離子。

優(yōu)選的，所述正極至少包括正極活性材料，所述正極活性材料包括硫基材料，所述硫基材料選自元素硫，Li₂S_n，有機(jī)硫化物和碳硫聚合物(C₂S_v)_m中的至少一種，其中，n≥1，2.5≤v≤50，m≥2。

優(yōu)選的，所述正極至少包括正極活性材料，所述正極活性材料至少包含AB_xC_yD_z，其中A選自聚吡咯、聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚物中的至少一種；B選自單質(zhì)硫；C選自碳基材料；D選自金屬氧化物；其中，1≤x≤20、0≤y＜1、0＜z＜1。