本发明专利技术公开了一种聚合物膜，包括聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，所述聚合物膜还包括具有层状结构的硅酸盐。与现有技术相比，本发明专利技术通过相转变法，利用溶剂/非溶剂法制得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，同时能提供高达5V的稳定电压窗口。本发明专利技术公开的聚合物膜在商业化的聚合物锂离子电池上的应用具有非常可观的前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种聚合物膜。本专利技术还涉及一种聚合物膜的制备方法。本专利技术还涉及一种具有聚合物膜的电解质。本专利技术还涉及一种具有聚合物膜的电解质的电池。
技术介绍
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)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚环氧乙烷(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。专利技术内容本专利技术提供一种可作为电解液支撑材料的具有高的离子导电率，很宽的电化学稳定窗口的聚合物膜。本专利技术提供了一种聚合物膜，包括聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，所述聚合物膜还包括具有层状结构的硅酸盐。优选的，所述硅酸盐包括钠基蒙脱石、有机修饰蒙脱石中的至少一种。优选的,所述有机修饰蒙脱石包括有机季铵盐修饰的蒙脱石。优选的，所述有机季铵盐包括双-羟乙基牛脂基甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种。优选的，所述聚合物膜为具有微米或亚微米或纳米级孔隙的多孔结构。优选的，所述聚合物膜的孔隙率范围为25-75%。本专利技术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:I)将聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物与纳米层状硅酸盐溶解在溶剂中，机械搅拌后进行超声处理，室温下形成均相的铸膜液；2)向铸膜液中加入非溶剂，机械搅拌直至获得均相溶液，将均相溶液浇铸到器皿上，待溶剂和非溶剂蒸发后，获得聚合物膜；3)将聚合物膜置于真空干燥箱中进行干燥处理，以除去残留的溶剂和非溶剂。优选的，所述溶剂为丙酮。优选的，所 述非溶剂为叔丁基甲基醚。优选的，将聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物与纳米层状硅酸盐溶解在溶剂中，机械搅拌的时间范围为8-24h。优选的，所述真空干燥温度范围为50_80°C，干燥时间范围为12_24h。本专利技术还提供了一种电解质，所述电解质包括锂盐、有机溶剂和如上所述的聚合物膜。本专利技术还提供一种电池，包括正极、负极以及设于正极和负极之间的电解质，所述电解质包括如上所述的聚合物膜。优选的，所述正极至少包括正极活性材料，所述正极活性材料能够可逆-脱出嵌入离子。优选的，所述正极至少包括正极活性材料，所述正极活性材料包括硫基材料，所述硫基材料选自元素硫，Li2Sn，有机硫化物和碳硫聚合物(C2Sv)m中的至少一种，其中，n ^ I,2.5 ^ V ^ 50，m ^ 2ο优选的,所述正极至少包括正极活性材料,所述正极活性材料至少包含ABxCyDz,其中A选自聚吡咯、聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚物中的至少一种；Β选自单质硫；C选自碳基材料山选自金属氧化物；其中，I彡X ( 20,0彡y < 1、0 < z < I。优选的，所述聚丙烯腈共聚物选自聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物，聚丙烯腈-聚吡咯共聚物中的至少一种。优选的，所述碳基材料选自科琴碳黑、乙炔黑、活性碳、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯中的至少一种。优选的，所述金属氧化物选自MgaNib0、MgO、NiO、V2O5, CuO, MgcCudO, La2O3> Zr2O3>Ce2O3 以及 Mn2Of 中的至少一种；其中，O < a < 1、0 < b < 1、a+b = I ;0 < c < 1、0 < d< 1、c+d = I ；f的取值为2或3或4或7。与现有技术相比，本专利技术通过相转变法，利用溶剂/非溶剂法获得一种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能提供高达5V的稳定电压窗口，完全符合商业聚合物锂离子电池的应用要求。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术提供的实施例1-2和对比例I中聚合物膜以及纯的钠基蒙脱石、有机修饰蒙脱石(OMMT 30B)的X射线衍射图；图2为本专利技术提供的实施例1-2和对比例I中聚合物膜通过SEM观察到的照片；图3为本专利技术提供的实施例1-4、对比例1-3中聚合物膜和半固态电解质的热重曲线图；图4为本专利技术提供的实施例3-4和对比例3中半固态电解质的交流阻抗图谱；图5为本专利技术提供的实施例4中电解质的循环伏安曲线图；图6为本专利技术提供的实施例6中电池起始5次充放电的电压曲线；图7为实施例5-6和对比例4中提供的电池充放电的库伦效率图；图8为实施例5-6和对比例4中提供的电池充放电的循环性能图。具体实施例方式一种聚合物膜，可以应用于电化学装置。电化学装置包括但不仅限于电池。应用此聚合物膜的电池，可被应用于比如便携式电子装置、电动工具、电动汽车等领域。一种聚合物膜，包括聚偏氟乙烯(PVDF)和六氟丙烯(HFP)的共聚物(PVDF-HFP)，进一步的，聚合物电解质还包括具有层状结构的娃酸盐(Nano-layered Silicate)。PVDF是一种部分结晶的含氟功能材料，具有较高的机械强度、良好的耐热性、力学性能、耐化学腐蚀和抗紫外线、耐老化性能。另外，PVDF化学性能稳定，能耐氧化剂、酸、碱、盐类、卤素、芳烃、脂肪及氯代溶剂的腐蚀和溶胀，兼有优异的抗紫外线和耐老化的性能。PVDF与HFP形成的共聚物(PVDF-HFP)结合了这两种聚合物的性能，即PVDF的晶体结构使得共聚物具有更加优异 的化学稳定性，无定形的HFP能够提高共聚物的塑性，而这一性质直接关系到共聚物的离子导电率，因此PVDF-HFP在室温下有较高的离子电导率。硅酸盐包括蒙脱石类材料，蒙脱石是一类具有纳米结构特性的天然超高分子量无机硅铝(镁)酸盐聚合物，它是一类由I X IO4-1O6个分子量为720左右、面积为4.65nm2的硅铝(镁)酸盐晶胞集合的超高分子量无机聚合物，也是最容易达到纳米级剥离分散的矿物，与大分子聚合物有很强的亲和力。具体的，蒙脱石类材料包括钠基蒙脱石(Na-MMT)，有机修饰蒙脱石(OMMT)中的至少一种。在优选的实施方式中，蒙脱石类材料包括Na-MMT。有机修饰本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚合物膜，包括聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，其特征在于：所述聚合物膜还包括具有层状结构的硅酸盐。
【技术特征摘要】
1.一种聚合物膜，包括聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，其特征在于:所述聚合物膜还包括具有层状结构的硅酸盐。2.根据权利要求1所述的聚合物膜，其特征在于:所述硅酸盐包括钠基蒙脱石、有机修饰蒙脱石中的至少一种。3.根据权利要求2所述的聚合物膜，其特征在于:所述有机修饰蒙脱石包括有机季铵盐修饰的蒙脱石。4.根据权利要求3所述的聚合物膜，其特征在于:所述有机季铵盐包括双-羟乙基牛脂基甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种。5.根据权利要求1所述的聚合物膜，其特征在于:所述聚合物膜为具有微米或亚微米或纳米级孔隙的多孔结构。6.根据权利要求5所述的聚合物膜，其特征在于:所述聚合物膜的孔隙率范围为25-75%。7.一种聚合物膜的制备方法，其特征在于:所述制备方法包括如下步骤: 1)将聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物与纳米层状硅酸盐溶解在溶剂中，机械搅拌后进行超声处理，室温下形成均相的铸膜液； 2)向铸膜液中加入非溶剂，机械搅拌直至获得均相溶液，将均相溶液浇铸到器皿上，待溶剂和非溶剂蒸发后，获得聚合物膜； 3)将聚合物膜置于真空干燥箱中进行干燥处理，以除去残留的溶剂和非溶剂。8.根据权利要求7所述的聚合物膜的制备方法，其特征在于:所述溶剂为丙酮。9.根据权利要求7所述的聚合物膜的制备方法，其特征在于:所述非溶剂为叔丁基甲基醚。10.根据权利要求7所述的聚合物膜的制备方法，其特征在于:将聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物与纳米层状硅酸盐溶解在溶剂中，机械搅拌的时间范围为8-24h。11.根据权利要求7所述的聚合物膜的制备方法，其特征在于:所述真空干燥温度范围为50-80°C，干燥时间范围为12-24h。12.一种电解质，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈璞，卡赞姆·杰迪，钊妍，
申请(专利权)人：苏州宝时得电动工具有限公司，陈璞，
类型：发明
国别省市：
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