复合隔膜及其制备方法、二次电池和用电设备技术

本发明专利技术公开了复合隔膜及其制备方法、二次电池和用电设备。本申请的第一方面，提供一种复合隔膜，该复合隔膜包括纤维层，纤维层包括有机

【技术实现步骤摘要】
复合隔膜及其制备方法、二次电池和用电设备


[0001]本申请涉及二次电池
，尤其是涉及复合隔膜及其制备方法、二次电池和用电设备。

技术介绍

[0002]随着电子设备的小型化以及移动通信设备、便携式电子产品、电动汽车和储能电站应用范围的拓展，人们对二次电池，尤其是对快充型锂离子电池提出了更广泛的需求。提高锂离子电池的快充性能可以从材料、结构、设计等多方面着手。如何提高隔膜的性能，提高锂离子在正极和负极之间转移速率、调节锂离子转移过程中阻抗成为影响电池性能的一个重要因素。

技术实现思路

[0003]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种复合隔膜，该复合隔膜可改善锂离子电池的循环及倍率性能，提高大倍率条件下的容量保持率。
[0004]本申请的第一方面，提供一种复合隔膜，该复合隔膜包括纤维层，纤维层包括有机
‑
无机杂化纤维，有机
‑
无机杂化纤维包括聚合物和分散在聚合物中的快离子导体颗粒。
[0005]根据本申请实施例的复合隔膜，至少具有如下有益效果：
[0006]本申请实施例所提供的复合隔膜以聚合物作为基底的骨架材料，而快离子导体颗粒离散性地分布在聚合物基底纤维的内部，从而在保证隔膜强度的前提下，利用其高孔隙率提高隔膜对电解液的吸液量的同时，也提高隔膜的离子电导率；此外，快离子导体颗粒的使用有利于锂离子的传递，使得隔膜具有较高的电子迁移数，提高二次电池的倍率性能。
[0007]在本申请的一些实施方式中，聚合物和快离子导体颗粒的质量比为(2～5)：1。
[0008]聚合物和快离子导体颗粒的质量比例如可以是2：1、3：1、4：1、5：1，具体的，可以是(3～5)：1、(4～5)：1。
[0009]在本申请的一些实施方式中，聚合物的分子量为5～65万Da，例如5万Da、10万Da、15万Da、20万Da、25万Da、30万Da、35万Da、40万Da、45万Da、50万Da、55万Da、60万Da、65万Da。进一步的，聚合物的分子量可以是在5～55万Da、5～45万Da、5～35万Da、5～25万Da、10～20万Da的范围内。聚合物的分子量过低，分子之间链缠结太少，作用力弱，最终制备得到的隔膜强度较低；但如果分子量过高，则会导致断裂伸长率下降，最终制备得到的复合隔膜的韧性较差。
[0010]在本申请的一些实施方式中，聚合物选自聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚芳醚酮(PAEK)和聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯(PVDF
‑
HFP)中的至少一种。上述聚合物在作为纤维的基底材料时，能够保证最终得到的隔膜同时兼顾良好的机械性能。
[0011]在本申请的一些实施方式中，复合隔膜的拉伸强度为14MPa以上，例如为14MPa、
15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa、20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa。进一步的，复合隔膜的拉伸强度在14MPa以上、15MPa以上、16MPa以上、17MPa以上、18MPa以上、19MPa以上、20MPa以上、21MPa以上。更进一步的，复合隔膜的拉伸强度为14～21MPa。在本申请的一些实施方式中，复合隔膜的断裂伸长率为80％以上，例如为80％、90％、100％、110％、120％、130％、140％、150％、160％、170％、180％、190％。进一步的，复合隔膜的断裂伸长率在80％以上、90％以上、100％以上、110％以上、120％以上、130％以上、140％以上、150％以上、160％以上、170％以上、180％以上。更进一步的，复合隔膜的断裂伸长率为80～190％。
[0012]其中，快离子导体又称超离子导体，指离子电导率接近或超过电解质溶液或熔盐等导电性液体的固体。快离子导体的晶体中通常包含两套晶格，一套由骨架离子构成的固体晶体，一套由迁移离子构成的亚晶格。在迁移离子亚晶格中，缺陷浓度高，使其中的所有离子都能迁移，增加载流子浓度。在本申请的一些实施方式中，根据载流子的类型，快离子导体颗粒选自阳离子导体(如Ag
+
、Cu
+
、Li
+
、Na
+
)、阴离子导体(如F
‑
、O2‑
)中的至少一种。
[0013]快离子导电过程中，作为载流子的电子的输运需要在材料中存在大量可供离子迁移占据的空位，这些空位可以提高锂离子的迁移速率，同时空位往往连成网状的隧道，因而根据隧道的特点，快离子导体颗粒又包括一维导体、二维导体和三维导体等。
[0014]以下仅以其中几类离子的快离子导体为例进行说明，对于O2‑
离子导体，包括萤石型(如ZrO2、ThO2、HfO2、GeO2、Bi2O3)和钙钛矿型(如LaAlO3、CaTiO3、SrTiO3)；而Na
+
离子导体则以β
‑
Al2O3(即Naβ
‑
Al2O3)为主；Li
+
离子导体中，β
‑
LiAlSiO4和Li
x
Nb
x
W1‑
x
O3(x任选自不大于1的非负数或正数)是一维导体，二维导体有Liβ
‑
Al2O3、Li3N和锂的其它含氧酸盐，三维导体中Li4Zn(GeO4)4是其中传导性能较佳的快离子导体之一。
[0015]在本申请的一些实施方式中，快离子导体颗粒选自Li
+
、Na
+
离子导体中的至少一种。
[0016]在本申请的一些实施方式中，快离子导体颗粒选自β
‑
LiAlSiO4、Li
x
Nb
x
W1‑
x
O3、Liβ
‑
Al2O3、Naβ
‑
Al2O3、Li3N、Li4Zn(GeO4)4中的至少一种。上述快离子导体可提供充分的可供离子迁移占据的空位，提高锂离子的迁移速率，改善锂离子电池的循环及倍率性能，提高大倍率条件下的容量保持率。Li4Zn(GeO4)4的三维网络交联通道具有各向异性特征，迁移通道更多，传导性更好，更有利于提供离子运动迁移通道，从而提高离子传导速率。
[0017]在本申请的一些实施方式中，快离子导体颗粒的粒径D50为50～750nm，例如，粒径D50为50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm。进一步的，快离子导体材料的粒径D50可以是100～700nm、200～600nm、300～500nm等。
[0018]在本申请的一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.复合隔膜，其特征在于，包括纤维层，所述纤维层包含有机
‑
无机杂化纤维，所述有机
‑
无机杂化纤维包括聚合物和分散在所述聚合物中的快离子导体颗粒。2.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述聚合物和所述快离子导体颗粒的质量比为(2～5)：1。3.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述聚合物的分子量为5～65万Da；优选地，所述聚合物选自聚丙烯腈、聚丙烯酸钠、聚邻苯二甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚芳醚酮和聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯中的至少一种。4.根据权利要求1所述复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜的拉伸强度为14MPa以上，断裂伸长率为80％以上。5.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述快离子导体颗粒选自阳离子导体、阴离子导体中的至少一种。6.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述快离子导体颗粒选自β
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：石清璇，程忠，林峰，褚春波，
申请(专利权)人：欣旺达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：