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隔膜以及包括所述隔膜的电池

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28



技术领域

本申请涉及电池技术领域,尤其涉及一种隔膜以及包括所述隔膜的电池。

背景技术

随着消费类电子产品以及电动车的广泛应用,具有优异循环性能和安全性能的锂离子电池越来越受到市场的青睐和重视。

电池,例如锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等,主要由阳极、阴极、隔膜及电解液组成。其中,隔膜是电解反应时,用以将阴阳两极分开以防止两者在电解池中直接反应的一层薄膜。隔膜与阴阳极之间的界面粘接良好,可以使阴极、阳极、隔膜具有很好的接触界面,促进离子在阴阳极之间的有效快速传输,从而有效的杜绝因为界面接触不良所导致的锂离子在阳极表面析出而刺穿隔膜导致电芯内部短路的情况,进而提升电芯的安全性能。另外,隔膜与阴阳极之间的界面粘接力的提高,还可以提高电芯的硬度,进而有效抵抗外力条件如异物穿刺,外力撞击导致的电芯变形或断裂导致的短路,从而进一步提升电芯的安全性能。

目前,会通过在基膜的表面涂布粘接层,以提高隔膜与阴阳极之间的界面粘接。现有的粘接层一般为含氟聚合物的粘接层或者具有交联结构的聚丙烯酸酯和聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物,其中,含氟聚合物的粘接层具有线性的分子链结构,在含有较多腐蚀性较强的环状酯的腐蚀下,容易发生部分溶解并析出,使电解液的性能发生恶化,导致电性能的恶化或工序异常;而具有交联结构的聚丙烯酸酯和聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的粘接层虽然不易在电解液中发生溶解,但其在电解液的溶胀和侵蚀作用下,容易产生隔膜和阴阳极的界面产生粘接力恶化的问题,同时其玻璃转变温度较高而存在粘接力不足易使电芯发生变形的问题,或者玻璃化转变温度较低而易发生堵塞隔膜孔隙的问题,导致隔膜的稳定性较差,使用范围受限。

发明内容

有鉴于此,本申请提供一种隔膜,旨在改善现有的隔膜与阴阳极粘接稳定性差的问题。

本申请实施例是这样实现的,一种隔膜,包括基膜和粘接层,所述粘接层的材料包括粘接聚合物,所述粘接聚合物包括热敏聚合物和非热敏聚合物。

优选的,所述非热敏聚合物的玻璃化转变温度为30~100℃。

优选的,所述热敏聚合物的熔点为50~120℃。

优选的,所述粘接聚合物中,所述热敏聚合物的质量百分含量为5~99%。

优选的,所述粘接聚合物的D50粒径为0.5~30um。

优选的,所述粘接聚合物在电解液中的溶胀率为10~300%。

优选的,所述热敏聚合物包括乙烯与(甲基)丙烯酸酯的共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯与(甲基)丙烯酸共聚物盐、聚丙烯-马来酸酐共聚物、聚丙烯-马来酸共聚物、及聚丙烯与马来酸共聚物盐中的至少一种。

优选的,所述乙烯与(甲基)丙烯酸酯的共聚物包括乙烯-(甲基)丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸丙酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸丁酯共聚物、及乙烯-(甲基)丙烯酸异辛酯共聚物中的至少一种。

优选的,所述乙烯与(甲基)丙烯酸共聚物盐包括乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物锂盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物钠盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物钾盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物钙盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物镁盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物铝盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物铵盐、及乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物胺盐中的至少一种。

优选的,所述聚丙烯与马来酸共聚物盐包括聚丙烯-马来酸共聚物锂盐、聚丙烯-马来酸共聚物钠盐、聚丙烯-马来酸共聚物钾盐、聚丙烯-马来酸共聚物钙盐、聚丙烯-马来酸共聚物镁盐、聚丙烯-马来酸共聚物铝盐、聚丙烯-马来酸共聚物铵盐、及聚丙烯-马来酸共聚物胺盐中的至少一种。

优选的,所述非热敏聚合物包括交联聚丙烯酸酯、交联聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、交联聚苯乙烯-丙烯酸酯-丙烯氰聚合物中的至少一种。

优选的,所述粘接层中还包括陶瓷颗粒、粘接剂及分散剂中的至少一种。

优选的,所述粘接聚合物与所述陶瓷颗粒的质量比为(5:95)~(70:30)。

优选的,所述粘接剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、丙烯基聚合物、乙基烯聚合物、聚丁二烯-苯乙烯及聚丙烯酸酯-丙烯晴共聚物中的至少一种。

优选的,所述陶瓷颗粒包括氧化铝、氧化硅、氧化钛、碳酸钙、氧化镁、氢氧化镁、勃姆石、氧化硅、钛酸钡及硫酸钡中的至少一种。

优选的,所述分散剂包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、聚乙烯基吡咯烷酮、羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸-丙烯氰共聚物、聚丙烯酸-丙烯酸酯-丙烯氰共聚物、甲基丙烯酸-丙烯氰共聚物、丙烯酸盐-丙烯氰共聚物、甲基丙烯酸盐-丙烯氰共聚物、聚丙烯酸盐-丙烯酸酯-丙烯氰共聚物、及聚甲基丙烯酸盐-丙烯酸酯-丙烯氰共聚物中的至少一种。

优选的,所述粘接层通过涂布工艺将所述粘接层的材料涂布在基膜上,所述粘接层的材料的涂布重量为0.2g~10g/m

优选的,所述粘接层通过涂布工艺将所述粘接层的材料涂布在基膜上,且在所述基膜上设置所述粘接层后,透气度增量为5~100s/100cc。

相应的,本申请实施例还提供一种电池,所述电池包括上述隔膜。

本申请所述的隔膜的粘接层包括所述粘接聚合物而使隔膜与电极之间具有较强的粘结力和粘接稳定性,如此,可以使包括所述隔膜的电芯具有较高的硬度和可靠性。

具体实施方式

下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本申请保护的范围。此外,应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请,并不用于限制本申请。

在本申请的描述中,术语“包括”是指“包括但不限于”。用语第一、第二、第三等仅仅作为标示使用,并没有强加数字要求或建立顺序。用语“多个”是指“两个或两个以上”。

在本申请中,“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B的情况。其中A,B可以是单数或者复数。

在本申请中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,“a,b,或c中的至少一项(个)”,或,“a,b,和c中的至少一项(个)”,均可以表示:a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c,其中a,b,c分别可以是单个,也可以是多个。

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在;应当理解,以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁,不应理解为对本申请范围的硬性限制;因此,应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如,应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围,例如从1到3,从1到4,从1到5,从2到4,从2到6,从3到6等,以及所述范围内的单一数字,例如1、2、3、4、5及6,此不管范围为何皆适用。另外,每当在本文中指出数值范围,是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

本申请实施例提供一种隔膜,包括基膜和粘接层,所述粘接层的材料包括粘接聚合物,所述粘接聚合物包括热敏聚合物和非热敏聚合物。

在一些实施例中,所述非热敏聚合物的玻璃化转变温度为30~100℃,例如,35~85℃、40~80℃、45~75℃、50~70℃、55~65℃、40~60℃、30~50℃、50~90℃、60~95℃、70~100℃等。在所述玻璃化转变温度范围内,在电池的电芯加热加压化成过程中,可以使所述非热敏聚合物软化并发生变形,从而有效的与阴极和/或阳极表面的间隙产生物理铆合,从而增强粘接层与阴极和/或阳极的贴合度和粘接力。

在一些实施例中,所述热敏聚合物的熔点为50~120℃,例如,65~80℃、75~85℃、80~100℃、90~115℃、70~110℃、60~105℃、50~110℃、60~115℃、80~120℃等。具有所述熔点的热敏聚合物在电芯加热加压化成的过程中可以被充分激活,使隔膜与阴极和/或阳极充分粘接,从而进一步提高隔膜与阴极和/或阳极界面的粘接强度和稳定性。粘接层粘接强度的提高可以避免非热敏聚合物与阴极和/或阳极的物理铆合由于电解液对非热敏聚合物的溶胀和对非热敏聚合物与阴极和/或阳极粘接界面的侵蚀而产生脱铆合,从而避免电池发软或电芯整体变形的问题,进而有效提高电芯的稳定性和可靠性。

在一些实施例中,所述粘接聚合物中,所述热敏聚合物的质量百分含量为5~99%,例如,10~95%、15~90%、20~85%、25~80%、30~75%、35~70%、40~65%、45~60%、50~90%、55~85%等。在所述含量范围内可以使所述粘接层具有较强的粘接力。

在一些实施例中,所述粘接聚合物的D50粒径为0.5~30um,例如,1~15um、5~10um、8~20um、6~25um、12~28um等。在所述范围内,既可以避免基膜的孔被堵塞,又可以避免因粘接层的厚度过大引起的电芯能量密度损失。

所述热敏聚合物可以包括但不限于乙烯与(甲基)丙烯酸酯的共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯与(甲基)丙烯酸共聚物盐、聚丙烯-马来酸酐共聚物、聚丙烯-马来酸共聚物、及聚丙烯与马来酸共聚物盐中的至少一种。

所述乙烯与(甲基)丙烯酸酯的共聚物可以包括但不限于乙烯-(甲基)丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸丙酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸丁酯共聚物、及乙烯-(甲基)丙烯酸异辛酯共聚物中的至少一种。

所述乙烯与(甲基)丙烯酸共聚物盐可以包括但不限于乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物锂盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物钠盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物钾盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物钙盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物镁盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物铝盐、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物铵盐、及乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物胺盐中的至少一种。

所述乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物胺盐的种类没有限制,作为示例,在一些实施例中,所述乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物胺盐可以包括但不限于乙烯-(甲基)丙烯酸甲胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸二甲胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸三甲胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸乙胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸二乙胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸三乙胺盐共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸正丙胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸正丁胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸环己胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸乙二胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸苯甲胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸苯胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸N-甲苯胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸N,N-二甲苯胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸二苯胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸三苯胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸邻甲苯胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸间甲苯胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸对甲苯胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸硝基苯胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸二乙醇胺共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸三乙醇胺共聚物、及乙烯-(甲基)丙烯酸乙醇胺共聚物中的至少一种。

需要说明的是,本申请中“(甲基)丙烯酸”指的是“丙烯酸或者甲基丙烯酸”。例如,乙烯-(甲基)丙烯酸甲酯共聚物是指乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或者乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物,乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物铵盐是指乙烯-丙烯酸共聚物铵盐或者乙烯-甲基丙烯酸共聚物铵盐。

所述聚丙烯与马来酸共聚物盐可以包括但不限于聚丙烯-马来酸共聚物锂盐、聚丙烯-马来酸共聚物钠盐、聚丙烯-马来酸共聚物钾盐、聚丙烯-马来酸共聚物钙盐、聚丙烯-马来酸共聚物镁盐、聚丙烯-马来酸共聚物铝盐、聚丙烯-马来酸共聚物铵盐、及聚丙烯-马来酸共聚物胺盐中的至少一种。

所述聚丙烯-马来酸共聚物胺盐的种类没有限制,作为示例,在一些实施例中,所述聚丙烯-马来酸共聚物胺盐可以包括但不限于聚丙烯-马来酸甲胺共聚物、聚丙烯-马来酸二甲胺共聚物、聚丙烯-马来酸三甲胺共聚物、聚丙烯-马来酸乙胺共聚物、聚丙烯-马来酸二乙胺共聚物、聚丙烯-马来酸三乙胺盐共聚物、聚丙烯-马来酸正丙胺共聚物、聚丙烯-马来酸正丁胺共聚物、聚丙烯-马来酸环己胺共聚物、聚丙烯-马来酸乙二胺共聚物、聚丙烯-马来酸苯甲胺共聚物、聚丙烯-马来酸苯胺共聚物、聚丙烯-马来酸N-甲苯胺共聚物、聚丙烯-马来酸N,N-二甲苯胺共聚物、聚丙烯-马来酸二苯胺共聚物、聚丙烯-马来酸三苯胺共聚物、聚丙烯-马来酸邻甲苯胺共聚物、聚丙烯-马来酸间甲苯胺共聚物、聚丙烯-马来酸对甲苯胺共聚物、聚丙烯-马来酸硝基苯胺共聚物、聚丙烯-马来酸二乙醇胺共聚物、聚丙烯-马来酸三乙醇胺共聚物、及聚丙烯-马来酸乙醇胺共聚物中的至少一种。

所述非热敏聚合物可以包括但不限于交联聚丙烯酸酯、交联聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、交联聚苯乙烯-丙烯酸酯-丙烯氰聚合物中的至少一种。

在一些实施例中,所述粘接聚合物在电解液中的溶胀率(即重量的增加率)为10~300%。如此,可以使所述粘接层具有较好的溶胀变形能力,并具有较强的粘接力,还可以保持基膜的孔隙有效裸露,从而使电池及具有优异的动力学性能。在至少一实施例中,所述电解液由体积比为3:3:3:1的碳酸二乙酯、丙酸乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯配置而成。

在一些实施例中,所述粘接层中还包括粘接剂。所述粘接剂可以进一步提升粘接层的粘接力。

在一些实施例中,所述粘接层中,所述粘接剂的含量为3~20wt%。在所述范围内,可以使所述粘接层同时具有良好的粘接力和粘接稳定性等性能。

所述粘接剂可以为本领域已知用于电池隔膜粘接层的粘接剂,例如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、丙烯基聚合物、乙基烯聚合物、聚丁二烯-苯乙烯及聚丙烯酸酯-丙烯晴共聚物等。

在另一些实施例中,所述粘接层中还包括陶瓷颗粒。所述陶瓷颗粒可以有效提高粘接层的耐热性和电解液保有性。

所述粘接聚合物与所述陶瓷颗粒的质量比为(5:95)~(70:30)。在所述范围内,可以使所述粘接聚合物与阴极和/或阳极具有较强的粘接力,从而保证电芯在循环过程中不发生变形以保持阴极-隔膜-阳极良好的接触界面,从而可以有效提高电池的循环性能。

所述陶瓷颗粒可以包括但不限于氧化铝、氧化硅、氧化钛、碳酸钙、氧化镁、氢氧化镁、勃姆石、氧化硅、钛酸钡、及硫酸钡中的至少一种。所述陶瓷颗粒可以提升隔膜的浸润铺展性、稳定性和电解液传输性等性能。

所述陶瓷颗粒的D50粒径范围为0.05~2um。在所述范围内,有利于形成具有高硬度和高电解液保有性的粘接层。

在又一些实施例中,所述粘接层中可以同时包括所述粘接聚合物、所述粘接剂和所述陶瓷颗粒。

可以理解的,所述粘接层中还可以包括分散剂,用于使粘接聚合物、所述粘接剂、和/或所述陶瓷颗粒分均匀分散,以得到均匀致密的粘接层。

所述分散剂可以包括但不限于羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、聚乙烯基吡咯烷酮、羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸-丙烯氰共聚物、聚丙烯酸-丙烯酸酯-丙烯氰共聚物、甲基丙烯酸-丙烯氰共聚物、丙烯酸盐-丙烯氰共聚物、甲基丙烯酸盐-丙烯氰共聚物、聚丙烯酸盐-丙烯酸酯-丙烯氰共聚物、及聚甲基丙烯酸盐-丙烯酸酯-丙烯氰共聚物中的至少一种。

在一些实施例中,所述粘接层通过涂布工艺将所述粘接层的材料涂布在基膜的至少一个表面上,所述粘接层的材料的涂布重量为0.2g~10g/m

在一些实施例中,所述基膜可以包括但不限于湿法聚乙烯隔膜、单向拉伸干法聚丙烯隔膜、单向拉伸干法三层聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯隔膜、双向拉伸干法聚丙烯隔膜、PET无纺布隔膜、纤维素隔膜及聚酰亚胺隔膜中的至少一种。

在一些实施例中,所述基膜的厚度为3~30um。在所述厚度范围内,有利于电解质的阳离子在基膜中的迁移,有利于提高包括所述基膜的电池的放电倍率及循环性能等。

可以理解,所述基膜具有多孔结构。在一些实施例中,所述基膜的孔隙率为20~60%。

在一些实施例中,所述基膜的穿刺强度为100~1000g。

在所述基膜上设置所述粘接层后,所述粘接层带来的透气度增量(隔膜的透气度-基膜的透气度)为5~100s/100cc。如此,可以保证所述隔膜具有良好的透气性。

本申请所述的粘接层具有较强的粘接力,可以使隔膜牢固的粘接在阴极和阳极上。将阳极、所述隔膜、阴极在80℃和1MPa的条件下进行热压后,隔膜与阴极之间的180°剥离力大于等于2N/m,隔膜与阳极之间的180°剥离力大于等于2N/m。

本申请所述的隔膜的粘接层包括所述粘接聚合物而具有较强的粘接稳定性,可以使得隔膜与阴极和/或阳极之间具有较好的界面接触,如此,可以使包括所述隔膜的电池电芯具有较高的稳定性和较强的硬度,有助于提升电芯的抗外界应力冲击的性能,从而提高电池安全性能。此外,所述隔膜还具有较强的耐热性和电解液保有性。

本申请实施例还提供一种隔膜的制备方法,包括如下步骤:

步骤S11:提供所述粘接层的材料和溶剂,混合,得到粘接浆料;

步骤S12:将所述粘接浆料设置在基膜上,干燥,形成粘接层,得到隔膜。

所述粘接层的材料及所述基膜参上文所述。

所述溶剂可以包括但不限于水。

所述溶剂的添加量没有限制,只要可以保证所述无机粒子和所述粘接剂充分溶解和/或分散即可。

将所述粘接浆料设置在基膜上的方法可以为转子喷涂工艺或微凹版辊涂工艺等工艺。如此,可以使所形成的粘接层的远离所述基膜的表面形成上文所述的小岛状结构。

所述干燥可以为加热干燥、降温干燥或者减压干燥。

可以理解,本申请的隔膜可以用于可以发生电化学反应的任何电化学装置中。所述电化学装置可以为锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池及电容等。所述锂离子电池可以为但不限于一次锂离子电池、二次锂离子电池、燃料锂离子电池、太阳能锂离子电池等。所述二次锂离子电池可以为锂二次电池,所述锂二次电池可以为但不限于锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物电池或锂离子聚合物二次电池。

本申请实施例还提供一种电化学装置,所述电化学装置包括前文所述的隔膜。

本申请实施例还提供一种电池,包括阳极极片、阴极极片、电解液及上文所述的隔膜。其中,所述隔膜位于所述阴极极片与所述阳极极片之间,所述电解液填充在所述阴极极片与所述隔膜、及所述阳极极片与所述隔膜之间的间隙中。

所述阳极极片包括阳极集电体及结合在所述阳极集电体至少一表面的阳极活性物质。

所述阳极集电体的材料可以包括但不限于铜、镍、不锈钢及钛等本领域已知用于阳极集电体的材料中的至少一种。

所述阳极活性物质可以包括但不限于石墨类碳材料、非石墨类碳材料、金属锂、合金锂、硅基合金、锡基合金、导电氧化物及导电聚合物中的至少一种。其中,所述导电氧化物可以包括但不限于Li

所述阴极极片包括阴极集电体及结合在所述阴极集电体至少一表面的阴极活性物质。

所述阴极集电体的材料可以包括但不限于铝及镍等本领域已知用于阴极集电体中的材料至少一种。

所述阴极活性物质可以包括但不限于磷酸铁锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、磷酸钒钠、焦磷酸铁钠、普鲁士白、钴酸钠以及镍铁锰酸钠中的至少一种。具体的,所述阴极活性物质可以包括但不限于LiCoO

所述电解液中包括有机溶剂、阳离子及阴离子。所述有机溶剂可以包括但不限于碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、二甲基亚砜、乙氰、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、碳酸甲乙酯及γ-丁内酯中的至少一种。所述阳离子可以包括但不限于Li

所述电池可以具有卷绕结构、层压结构或折叠结构。

所述电池中包括所述隔膜,所述的隔膜的基膜中包含所述极性基团,所述极性基团可以与电解液中的阳离子发生耦合及解离,从而降低阳离子在所述基膜中的迁移阻力。在将所述隔膜用于电池中时,可以有效地提升隔膜对电解液的润湿能力,提高电解液中的阳离子在隔膜中的迁移能力,从而提高阳离子的快速传导能力,进而提升电池的快充性能。

所述电池中包括所述隔膜,所述的隔膜的粘接层中包含所述粘接聚合物,而具有较强的粘接性,从而使隔膜与电池的阴极和/或阳极界面具有较强的粘接强度和稳定性,避免电池发软或电芯整体变形的问题,进而有效提高电芯的可靠性。

下面通过具体实施例来对本申请进行具体说明,以下实施例仅是本申请的部分实施例,不是对本申请的限定。

实施例1

隔膜的制备:

按重量份数,将75.2份勃姆石(陶瓷颗粒)、5份聚丙烯酸酯粘结剂、1份羧甲基纤维素钠以及18.8份粘接聚合物混合,其中,所述粘接聚合物与所述勃姆石的质量比为20:80,所述粘接聚合物由50%的乙烯-丙烯酸共聚物钠盐(热敏聚合物)和50%的交联聚丙烯酸酯(非热敏聚合物)组成,所述粘接聚合物的颗粒度D50粒径为5.5um;然后加入去离子水中混合均匀制成浆料,接着采用微凹版涂布将浆料均匀涂布到7um厚的多孔聚乙烯基膜的两个表面,经烘箱干燥之后,形成结合在基膜表面的粘接层,得到隔膜,其中,所述粘接层的厚度为11um;

阴极极片的制备:

按重量份,将94份活性物质钴酸锂、3份导电碳、3份聚偏二氟乙烯在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后,涂覆在铝箔上,经烘干、冷压、分条,得到阴极极片。

阳极极片的制备:

按重量份,将97.5份活性物质人造石墨、1.5份粘接剂丁苯橡胶,1份增稠剂羧甲基纤维素钠在去离子水中充分搅拌混合均匀后,涂覆在铜箔上,经烘干、冷压、分条,得到阳极极片。

锂离子电池的制备:

将上述阴极极片、隔膜、阳极极片按顺序叠好,使隔膜通过所述粘接层粘接在所述阴极极片和所述阳极极片上并处于阴极极片和阳极极片中间起到隔离作用,卷绕得到裸电芯,将裸电芯置于壳体中,注入电解液并进行封装,得到锂离子电池。

实施例2

按重量份数,将94份勃姆石(陶瓷颗粒)、5份聚丙烯酸酯粘结剂、1份羧甲基纤维素钠加入去离子水中混合均匀制成浆料,然后采用微凹版涂布将浆料均匀涂布到7um厚的多孔聚乙烯基膜的其中一个表面,经烘箱干燥之后,形成结合在基膜的陶瓷涂层,其中,所述陶瓷涂层的厚度为3um;

按重量份,将90份粘接聚合物和10份聚丙烯酸酯-丙烯氰共聚物(粘接剂)加入去离子水中混合均匀制成粘接浆料,其中,粘接聚合物由50%的的乙烯-丙烯酸共聚物钠盐(热敏聚合物)和50%交联聚丙烯酸酯(非热敏聚合物)组成,将所述粘接浆料使用转子喷涂工艺喷涂在所述陶瓷涂层的两个表面,形成粘接层。

阴极极片的制备:

按重量份,将94份活性物质钴酸锂、3份导电碳、3份聚偏二氟乙烯在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后,涂覆在铝箔上,经烘干、冷压、分条,得到阴极极片。

阳极极片的制备:

按重量份,将97.5份活性物质人造石墨、1.5份粘接剂丁苯橡胶,1份增稠剂羧甲基纤维素钠在去离子水中充分搅拌混合均匀后,涂覆在铜箔上,经烘干、冷压、分条,得到阳极极片。

锂离子电池的制备:

将上述阴极极片、隔膜、阳极极片按顺序叠好,使隔膜通过所述粘接层粘接在所述阴极极片和所述阳极极片上并处于阴极极片和阳极极片中间起到隔离作用,卷绕得到裸电芯,将裸电芯置于壳体中,注入电解液并进行封装,得到锂离子电池。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例中粘接聚合物由5%的的乙烯-丙烯酸共聚物钠盐(热敏聚合物)和95%交联聚丙烯酸酯(非热敏聚合物)组成。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例中粘接聚合物由99%的乙烯-丙烯酸共聚物钠盐(热敏聚合物)和1%交联聚丙烯酸酯(非热敏聚合物)构成。

实施例5

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例中粘接聚合物由50%的聚丙烯-马来酸共聚物(热敏聚合物)和50%交联聚丙烯酸酯(非热敏聚合物)构成。

实施例6

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例中粘接聚合物由50%的乙烯-丙烯酸共聚物钠盐(热敏聚合物)和50%交联聚苯乙烯丙烯酸酯共聚物(非热敏聚合物)构成。

实施例7

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例的粘接聚合物和陶瓷颗粒的重量比例为5:95。

实施例8

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例的粘接聚合物和陶瓷的重量比例为40:60。

实施例9

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例的粘接聚合物和陶瓷的重量比例为70:30。

实施例10

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例的粘接聚合物的颗粒度D50粒径为0.5um。

实施例11

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例的粘接聚合物的颗粒度D50粒径为10um。

实施例12

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例的粘接聚合物的颗粒度D50粒径为20um。

实施例13

本实施例与实施例1基本相同,区别在于,本实施例的粘接聚合物的颗粒度D50粒径为30um。

对比例1

本对比例与实施例1基本相同,区别在于,本对比例采用交联聚丙烯酸酯替换实施例1的粘接聚合物。

对比例2

本对比例与实施例1基本相同,区别在于,本对比例采用交联聚苯乙烯丙烯酸酯共聚物替换实施例1的粘接聚合物。

对比例3

本对比例与实施例1基本相同,区别在于,本对比例采用聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物替换实施例1的粘接聚合物。

以上实施例中,粘接聚合物颗粒度D50测试:取粘接聚合物的粉末或水溶液进行超声分散30分钟,然后加入激光粒度仪的进料器中进行颗粒度测试,取体积分布的D50作为粘接聚合物的颗粒度,其中测试的折射率为1.42。

隔膜测试:

对实施例1-13及对比例1-3的隔膜进行粘接聚合物溶胀测试、隔膜和极片(含阴极和阳极)粘结力测试,测试结果参表一。

粘接聚合物溶胀测试:将粘接聚合物在80℃条件下烘干称重(重量记为W0),将烘干后的聚合物放入80℃电解液中浸泡24小时,将聚合物表面电解液除去后称重(重量记为W1),溶胀度为(W1-W0)/W0*100%其中,电解液溶剂由体积比为3:3:3:1的碳酸二乙酯:丙酸乙酯:碳酸乙烯酯:碳酸丙烯酯,然后添加电解质六氟磷酸锂构成(电解质浓度为1mol/L)。

粘接聚合物与极片(含阴极和阳极)粘结力测试:将长度和宽度为100mm*15mm极片和隔膜堆整齐,加入2g电解液后在铝塑膜中进行封装,然后采用80摄氏度1Mpa20分钟的条件下进行热压,取出极片和隔膜进行180°剥离测试,剥离力记为隔膜和极片的粘接力,剥离设备采用万能拉伸试验机,拉伸速度为50mm/min。

对实施例1-13及对比例1-3的锂离子电池进行电芯软硬程度、25℃循环性能(容量保持率)测试。测试结果参表一。

25℃循环性能(容量保持率)测试:取实施例1-13及对比例1的锂离子电池各3个,在25℃条件下以3C的倍率恒流充电至4.4V,然后在4.4V的电压条件下恒压充电至0.05C,得到电芯的初始容量。循环过程如下:以1C的放电电流放电至3.0V,然后以3C的倍率恒流充电至4.4V,然后在4.4V的电压条件下恒压充电至0.05C,然后重复上述过程1000次,将3个锂离子电池的剩余容量取平均得到最终的容量,再除以初始容量即得到容量保持率。

表一:

由表一可知:

相较于对比例1~3的隔膜,实施例1~13的隔膜与阴极和阳极之间的粘接力更强。可见,本申请的隔膜具有较强的粘接力。

相较于对比例1~3的电池,实施例1~13的电池具有更好的循环性能。原因可能是,实施例1~13的电池的隔膜中包括本申请所述的粘接聚合物,使得隔膜与阴极和阳极之间具有较强的粘结力,使得隔膜与阴极和阳极之间的界面接触较好,提升电芯的硬度,从而使得电池具有较好的循环性能。

以上对本申请实施例所提供的隔膜及电池进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

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