一种电池隔膜及制备方法、电池、用电设备

技术领域

本申请属于电池技术领域，具体涉及一种电池隔膜及制备方法、电池、用电设备。

背景技术

随着新能源汽车的推广发展，叠片工艺以体积利用率高、效率高、结构稳定、内阻小、循环寿命长等优势特点成为了锂电池内部成型工艺的后起之秀。在热复合叠片工艺中，电池的负极和隔膜在一定温度下压合在一起形成一个单元，再和正极片进行整合。这种方法可以有效提高生产速度，因为它将极片模切和叠片结合起来，简化了生产步骤，使效率显著提升。

目前新开发的热复合叠片工艺中，使用的隔膜涂层为氧化物或者勃姆石和大颗粒球混合物，耐热和高破膜性能较差，对于有高安全需求的电芯，难以满足电芯热蔓延和热箱需求，在使用过程中有球形材料脱落的风险进而造成和负极片粘结不良，另外在和过辊摩擦过程中也会出现掉粉现象，导致异物引入电芯的风险增加。

发明内容

本发明提供一种电池隔膜及制备方法、电池、用电设备，旨在解决现有技术中叠片电池隔膜不能满足高安全需求和粘接强度不理想的问题，采用本申请提供的技术方案得到的电池隔膜，不仅更加耐热，同时可以满足热复合叠片工艺中隔膜对负极和正极的粘接需求，且制程中无掉粉现象。

一方面，本申请提供一种电池隔膜，包括：

基膜；

第一粘接层，位于所述基膜的一侧，所述第一粘结层具有第一厚度H

耐热层，位于所述基膜远离所述第一粘接层的一侧，所述耐热层具有第二厚度H

第二粘接层，位于所述耐热层远离所述基膜的一侧，所述第二粘结层具有第三厚度H

满足：H

在一些实施例中，所述第一粘接层的第一厚度H

在一些实施例中，所述耐热层的第二厚度H

在一些实施例中，所述第二粘接层的第三厚度H

在一些实施例中，所述第一覆盖率C

在一些实施例中，所述第二覆盖率C

在一些实施例中，所述第一粘接层的材料包括聚偏氟乙烯。

在一些实施例中，所述耐热层的材料包括双金属氧化物和纤维状聚酰亚胺。

在一些实施例中，所述第二粘接层的材料包括非氟类聚丙烯酸酯。

在一些实施例中，所述双金属氧化物和纤维状聚酰亚胺的质量比为(1.3～3):1。

在一些实施例中，所述双金属氧化物选自锌铝氧化物、镁铝氧化物。

在一些实施例中，所述双金属氧化物的D

在一些实施例中，所述纤维状聚酰亚胺的长径比为2.5～10。

在一些实施例中，所述纤维状聚酰亚胺的直径为100nm～200nm，所述纤维状聚酰亚胺的长度为500nm～1000nm。

在一些实施例中，所述非氟类聚丙烯酸酯包括苯乙烯-聚丙烯酸二甲酯、苯乙烯-聚丙烯酸乙酯和丙烯酸已辛酯中的一种或几种。

在一些实施例中，所述非氟类聚丙烯酸酯的一次粒径为200nm～500nm。

另一方面，本申请还提供一种电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：

提供基膜；

制备第一粘接层，所述第一粘接层位于所述基膜的一侧；

制备耐热层，所述耐热层位于所述基膜远离所述第一粘接层的一侧；

制备第二粘接层，所述第二粘接层位于所述耐热层远离所述基膜的一侧；

其中，所述基膜、第一粘接层、耐热层和第二粘接层的厚度满足：

H

本申请还提供一种电池，包括正极极片、负极极片和电池隔膜，其中，所述电池隔膜为上述任意实施例中的电池隔膜；或者所述电池隔膜为上述电池隔膜的制备方法制备得到。

本申请还提供一种用电设备，包括上述实施例中的电池。

本申请提供一种电池隔膜及其制备方法，电池隔膜包括基膜、位于基膜的一侧的第一粘接层和位于基膜另一侧的耐热层和第二粘接层；第一粘结层具有第一厚度H

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供的一种电池隔膜的结构示意图；

图2为本申请对比例提供的一种电池隔膜的结构示意图；

附图标记：

10-基膜，20-第一粘接层，30-耐热层，40-第二粘接层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。

本申请第一实施例提供一种电池隔膜，如图1所示，包括：

基膜10；

第一粘接层20，位于基膜10的一侧，第一粘结层20具有第一厚度H

耐热层30，位于基膜10远离第一粘接层20的一侧，耐热层30具有第二厚度H

第二粘接层40，位于耐热层30远离基膜10的一侧，第二粘结层具有第三厚度H

满足：H

在一些实施例中，第一粘接层20的第一厚度H

在一些实施例中，耐热层30的第二厚度H

在一些实施例中，第二粘接层40的第三厚度H

在一些实施例中，第一粘结层20覆盖率为30-50％。

在一些实施例中，第二粘结层40覆盖率为40-60％，可以理解的是，C

在一些实施例中，第一粘接层20的材料包括聚偏氟乙烯(PVDF)。

在一些实施例中，耐热层30的材料包括双金属氧化物和纤维状聚酰亚胺(PI)。双金属氧化物具有层状结构，有利于电池中锂离子的传输和锰离子的吸附，防止电池在工作中正极锰离子溶出破坏SEI，导致活性锂损失；同时又具备热稳定性，在高温条件下仍然可以保持结构稳定。PI具有优异的耐热性，耐热温度高达400℃，选用经过疏水基团改性的纤维状聚酰亚胺，能够在耐热的基础上改善常规聚酰亚胺吸水的特性，避免耐热层30吸湿。

在一些实施例中，第二粘接层40的材料包括非氟类聚丙烯酸酯。非氟类聚丙烯酸酯不仅成本低于PVDF，且相较PVDF粘接力至少可以提升1倍以上，在满足电池隔膜与电池负极的复合效果并确保粘接过程中负极不掉料的情况下，还可以减少使用量，降低成本。

在一些实施例中，聚偏氟乙烯的一次粒径为100nm～300nm，可以理解的是，聚偏氟乙烯的一次粒径的取值(单位：nm)可以是100、150、200、250、300中的任意一值或任意两值之间的范围。

在一些实施例中，双金属氧化物和纤维状聚酰亚胺的质量比为1.3～3:1，可以理解的是，双金属氧化物和纤维状聚酰亚胺的质量比可以是1.3、1.5、2、2.5、3中的任意一值或任意两值之间的范围。

在一些实施例中，双金属氧化物选自锌铝氧化物或镁铝氧化物。

在一些实施例中，双金属氧化物的D

在一些实施例中，纤维状聚酰亚胺的长径比为2.5～10，可以理解的是，纤维状聚酰亚胺的长径比的取值可以是2.5、4、5.5、7、8.5、10中的任意一值或任意两值之间的范围。

在一些实施例中，纤维状聚酰亚胺的直径为100nm～200nm，纤维状聚酰亚胺的长度为500nm～1000nm，可以理解的是，纤维状聚酰亚胺的直径的取值(单位：nm)可以是100、120、140、160、180、200中的任意一值或任意两值之间的范围，纤维状聚酰亚胺的长度的取值(单位：nm)可以是500、600、700、800、900、1000中的任意一值或任意两值之间的范围。当耐热层30中纤维状聚酰亚胺的长径比满足上述取值范围时，可以搭建成网络状结构，与此同时，双金属氧化物在网状结构中起到填充作用，两者相互配合，使得电池隔膜在高温条件下不仅可以保持完整的形状，大幅提高破膜温度，提升电池的安全性。

在一些实施例中，非氟类聚丙烯酸酯包括苯乙烯-聚丙烯酸二甲酯、苯乙烯-聚丙烯酸乙酯或丙烯酸已辛酯中的一种或几种。

在一些实施例中，非氟类聚丙烯酸酯的一次粒径为200nm～500nm，可以理解的是，非氟类聚丙烯酸酯的一次粒径的取值(单位：nm)可以是200、300、400、500中的任意一值或任意两值之间的范围。

本申请第二实施例提供一种电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：

提供基膜10；

制备第一粘接层20，第一粘接层20位于基膜10的一侧；

制备耐热层30，耐热层30位于基膜10远离第一粘接层20的一侧；

制备第二粘接层40，第二粘接层40位于耐热层30远离基膜10的一侧；

其中，基膜10、第一粘接层20、耐热层30和第二粘接层40的厚度满足：

H

具体地，电池隔膜的制备方法可以通过如下步骤实现：

S1、选取基膜10；

S2、制备第一粘接层20：按一定比例将PVDF、羧甲基纤维素(CMC)、粘接剂和分散剂配置成水溶液，涂布在基膜10一侧，烘烤得到第一粘接层20；

S3、制备耐热层30：按一定比例将双金属氧化物、纤维状PI、分散剂、CMC、粘接剂和润湿剂配置成水溶液，涂布在基膜10的另外一侧，烘烤得到耐热层30；

S4、制备第二粘接层40：按一定比例将非氟类聚丙烯酸酯、CMC、粘接剂和分散剂配置成水溶液，涂布在耐热层30表面，烘烤得到第二粘接层40，完成对电池隔膜的制备。

其中，上述制备方法中使用的粘接剂可以是聚丙烯氰-聚甲基丙烯酸或丁苯橡胶(SBR)；分散剂可以是聚丙烯酸钠。

本申请第三实施例提供一种电池，包括正极极片和负极极片，正极极片和负极极片之间具有上述任意实施例中的电池隔膜。

本申请第四实施例提供一种用电设备，包括上述实施例中的电池。

下面结合具体实施例对本申请提供的电池做出如下说明：

实施例1

本实施例提供一种电池隔膜、电池及其各自的制备方法。

如图1所示，电池隔膜包括基膜10、第一粘接层20、耐热层30和第二粘接层40。其中，第一粘接层20位于基膜10的一侧，耐热层30位于基膜10的另一侧，第二粘接层40位于耐热层30远离基膜10的一侧表面。

本实施例中的电池隔膜通过如下方法制备：

S1、选用湿法隔膜为基膜10，厚度9μm，孔隙率40％。

S2、制备第一粘接层20：选用东阳光号PVDF，平均粒径为190nm，按照PVDF：CMC：聚丙烯氰-聚甲基丙烯酸：SBR：聚丙烯酸钠＝84％：0.8％：7.6％：0.9％：6.7％的重量百分比将原料进行混合，以水作为溶剂，按照浆料固含量6％的比例配置浆料。将制备好的浆料用凹版辊涂布在基膜10一侧，在65℃条件下，烘烤5min得到第一粘接层20，层厚0.8μm，覆盖率40％。

S3、制备耐热层30：选取D

S4、制备第二粘接层40：选取一次粒径为300nm的苯乙烯-聚丙烯酸二甲酯，按照苯乙烯-聚丙烯酸二甲酯：CMC：粘接剂：分散剂＝84％：0.8％：8.5％：6.7％的重量百分比将原料进行混合，以水作为溶剂，按照浆料固含量6％的比例配置浆料。将制备好的浆料用凹版辊涂布在耐热层30表面，在75℃条件下，烘烤5min得到第二粘接层40，层厚0.7μm，覆盖率50％，完成对电池隔膜的制备。

使用上述电池隔膜进行电池的制备，步骤如下：

1)制备正极极片：以磷酸铁锂为主材，其余为PVDF、导电剂等配置浆料，正极在涂层的占比为95.6％，将配置好的浆料涂布到涂炭铝箔上得到正极极片。

2)负极极片的制备：采用人造石墨、CMC、导电剂和SBR配置浆料，将浆料涂布在铜箔上经过处理制得负极极片，负极在涂层的占比为95.5％。

3)制作隔膜-负极单片：采用热复合工艺以热辊热压的形式将电池隔膜和负极极片进行粘接，热辊温度为90℃，将热压后形成的单元用热切刀切成单片，形成隔膜-负极-隔膜的单片结构。

4)制备极组：将隔膜-负极单片和正极极片以叠片的形式叠成极组，并用热压机在90℃下进行热压完成极组的制作。

5)封装、注液：采用软包形式，将制备好的极组进行封装，然后注入电解液。

6)预充、化成：对电芯进行预充和化成，制得本发明的电池。

实施例2～13

实施例2～13所提供的电池隔膜、电池结构相同，仅在结构参数和材料参数上进行调整。

实施例1～13的电池隔膜相关结构参数如表1所示，材料参数如表2所示。

表1

表2

对比例1

选用上海恩捷公司商品化电池隔膜，如图2所示，本对比例中的电池隔膜包括：

基膜10，选取湿法隔膜，厚度9μm，孔隙率40％；

第一粘接层20，厚度1μm，材质为PVDF粉体；

耐热层30，厚度为2μm，材质为勃姆石和一次粒径为4-7μm的球形聚丙烯酸酯类材料混合材料。

使用上述电池隔膜通过常规方法制备电池。

对上述实施例和对比例制得的电池进行化成、分容，并进行强度性能和安全性能测试。

强度性能测试方法如下：

(1)粘接力测试：

用隔膜对折的形式进行粘接力测试，测试条件为温度90℃、面压1Mpa、时间60s。

(2)热收缩测试：参照GB/T36363-2018，测试温度130℃/h和150℃/h。

(3)破膜温度测试：使用TMA测试方法，从室温25℃开始升温。

安全性能测试方法如下：

(1)热蔓延测试：

1C恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C，100％SOC；

将两块电芯用夹具固定，在第一块电芯正极测固定加热片，加热电芯直至电芯发生热失控，停止加热，记录热蔓延时间。

(2)热箱测试：

0.5C恒流恒压充电至4.2V，0.05C下切至4.2V恒压，记录充电过程数据(V/T/I)，并测量记录电芯电压，内阻；

外部用玻璃夹具固定；

温度箱按照5℃/min的速率由试验环境温度升至130℃±2℃，并保持此温度30min,随后升温至135℃±2℃，并在此温度保持30min，随后升温至140±2℃，保温30min，以此类推，直至电池热失控。

经检测后的测试结果如表3所示。

表3

根据表3的测试结果可以看到，本申请方案提供的电池隔膜结构具有较好的粘接力和耐热性能，当第一粘接层20、耐热层30和第二粘接层40的厚度和覆盖率同时满足H

以上对本申请实施例所提供的一种电池隔膜及制备方法、电池、用电设备进行了详细介绍，本申请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技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。