自支撑隔膜、包含自支撑隔膜的二次电池和用电设备制造技术

本申请公开了自支撑隔膜、包含自支撑隔膜的二次电池和用电设备。所述自支撑隔膜包括高分子基体材料、功能填料和粘结剂，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为(50

【技术实现步骤摘要】
自支撑隔膜、包含自支撑隔膜的二次电池和用电设备


[0001]本申请属于电池隔膜
，具体涉及自支撑隔膜、包含自支撑隔膜的二次电池和用电设备。

技术介绍

[0002]隔膜位于正极和负极之间，主要作用是将正负极活性物质分隔开，防止两极因接触而短路；此外在电化学反应时，能保持必要的电解液，形成离子移动的通道。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。目前，常规的隔膜包括传统隔膜和复合隔膜，其中传统隔膜主要为聚合物类隔膜，如聚丙烯(PP)隔膜或聚乙烯(PE)隔膜等；而常规的复合隔膜则通常借助基膜(隔膜层)维持隔膜结构稳定，在基膜的表面涂覆功能性浆料以于基膜表面形成功能层(如陶瓷层)，其结构示意图如图1所示。然而，传统隔膜和复合隔膜的安全性能均较差。

技术实现思路

[0003]本申请旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种自支撑隔膜，具有安全性能好的特点。
[0004]本申请还提出一种自支撑隔膜的制备方法。
[0005]本申请还提出一种包含上述自支撑隔膜的二次电池。
[0006]本申请还提出一种包含上述二次电池的用电设备。
[0007]本申请的第一方面，提出了一种自支撑隔膜，所述自支撑隔膜包括高分子基体材料、功能填料和粘结剂，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为(50
>‑
90):(5
‑
25):(5
‑
25)。
[0008]根据本申请实施例的一种自支撑隔膜，至少具有以下有益效果：本申请中隔膜为自支撑隔膜，其中的高分子基体材料用于形成自支撑的“骨架”，使隔膜具有自支撑的特性，代替了常规复合隔膜的基膜。相较于传统基膜与陶瓷层的复合隔膜，本申请中隔膜为一层膜，各物料成分于隔膜内分布更均匀，粘接牢固，安全性能更好(如在针刺实验中，针刺瞬间能有效的保护极片不短路)。
[0009]本专利技术所述自支撑隔膜由包括高分子基体材料、功能填料和粘结剂在内的原料混合后压制得到。
[0010]在本申请的一些实施方式中，所述自支撑隔膜的厚度为2
‑
10μm。
[0011]在本申请的一些实施方式中，所述自支撑隔膜的厚度为4
‑
7μm。
[0012]在本申请的一些实施方式中，所述高分子基体材料包括高分子纤维及高分子颗粒中的至少一种。
[0013]在本申请的一些实施方式中，所述高分子纤维的平均长度为5nm
‑
10mm，平均直径
为1nm
‑
10mm，平均长径比为200
‑
5000。
[0014]根据本申请上述实施方式，至少具有以下有益效果：高分子纤维容易成型、柔韧性好、易于成膜。且高分子纤维的长度、尺寸也会对自支撑隔膜的强度、孔隙率等具有一定影响。高分子纤维的平均长度为5nm
‑
10mm，平均直径为1nm
‑
10mm，其分散难度低，所得自支撑隔膜的强度较高，隔膜孔隙率较优。相较于前述较优的平均长度、平均直径：若纤维长度过长，则分散难度增加，纤维长度过短，所得自支撑隔膜的强度较低；若纤维的平均直径过小，自支撑隔膜的强度较低，纤维的平均直径过大，则隔膜孔隙率较差。
[0015]在本申请的一些实施方式中，所述高分子纤维的平均长度为50
‑
400μm，平均直径为100
‑
200nm，平均长径比为(500
‑
2000):1。
[0016]在本申请的一些实施方式中，所述高分子基体材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、共聚单体改性的聚偏二氟乙烯、纤维素、半纤维素及木质素中的至少一种。
[0017]聚丙烯，简称PP；聚乙烯，简称PE；聚四氟乙烯，简称PTFT；聚偏二氟乙烯，简称PVDF。
[0018]根据本申请上述实施方式，至少具有以下有益效果：高分子基体材料为化学惰性的材料，其容易成型、柔韧性好、易于成膜、保液性好、成本低。其中，纤维素和木质素具有成本低，来源充足，强度高，成本低廉等优势在造纸和建筑用料中被广泛应用，在锂电池材料中尤其是隔膜制造领域鲜有发现，本申请中创新性地采用纤维素、木质素为隔膜的高分子基体材料，制备成本更低，隔膜强度更高。
[0019]在本申请的一些实施方式中，所述高分子基体材料包括木质素。
[0020]在本申请的一些实施方式中，所述功能填料包括陶瓷材料及固态电解质材料中的至少一种。
[0021]根据本申请上述实施方式，至少具有以下有益效果：功能填料热稳定性好，具有隔热、吸收电解液、绝缘或者传输离子等作用，其中，隔膜引入具有传输离子能力的固态电解质，可显著提升隔膜的传输离子能力，所制得的锂离子电池的保液能力显著提高，提升电池的动力学性能和能量密度。因此，将本申请中的隔膜应用于电池中，电池的整体性能有大幅提升。
[0022]在本申请的一些实施方式中，所述陶瓷材料包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、勃姆石、氮化物、硼化物及碳化物中的至少一种。
[0023]在本申请的一些实施方式中，所述固态电解质材料包括磷酸钛铝锂、磷酸锆铝锂、钛酸镧锂、钽掺杂锆酸镧锂、磷酸锡锂及磷酸铬铝锂中的至少一种。
[0024]磷酸钛铝锂，简称为LATP；磷酸锆铝锂，简称为LAZP；钛酸镧锂，简称为LLTO；钽掺杂锆酸镧锂，简称为LLZTO；磷酸锡锂，简称为LSP；磷酸铬铝锂，简称为LAGP。
[0025]在本申请的一些实施方式中，所述功能填料为功能填料颗粒。
[0026]在本申请的一些实施方式中，所述功能填料的平均粒径为0.5
‑
5μm。
[0027]功能填料的粒径大小，对孔隙率、成本、电解液穿透的迂曲度具有一定的影响。功能填料的平均粒径为0.5
‑
5μm，隔膜孔隙率、电解液穿透的迂曲度较好，成本较低。相较于功能填料的平均粒径为0.5
‑
5μm，功能填料的平均粒径过小，孔隙率较高，则电解液穿透的迂曲度增加，粒径过大，孔隙率较低。通常较大的孔隙率，可以更好地吸收电解液。
[0028]在本申请的一些实施方式中，所述功能填料颗粒的平均粒径为0.5
‑
2μm。
[0029]在本申请的一些实施方式中，所述功能填料的平均粒径为0.8
‑
1.5μm。
[0030]在本申请的一些实施方式中，所述粘结剂为固体粘接纤维。
[0031]在本申请的一些实施方式中，所述固体粘接纤维的纤维长度为0.1
‑
10μm。
[0032]在实际生产过程中，可根据隔膜所需厚度、宽度，选取更合适的固体粘接纤维长度。
[0033]在本申请的一些实施方式中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.自支撑隔膜，其特征在于，所述自支撑隔膜包括高分子基体材料、功能填料和粘结剂，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为(50
‑
90):(5
‑
25):(5
‑
25)。2.根据权利要求1所述的自支撑隔膜，其特征在于，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为(65
‑
75):(12.5
‑
20):(12.5
‑
22.5)。3.根据权利要求1所述的自支撑隔膜，其特征在于，所述高分子基体材料包括高分子纤维及高分子颗粒中的至少一种；优选地，所述高分子基体材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、共聚单体改性的聚偏二氟乙烯、纤维素、半纤维素及木质素中的至少一种。4.根据权利要求3所述的自支撑隔膜，其特征在于，所述高分子纤维的平均长度为5nm
‑
10mm，平均直径为1nm
‑
10mm，平均长径比为200
‑
5000。5.根据权利要求1所述的自支撑隔膜，其特征在于，所述功能填料包括陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李富，康开鑫，罗京，张帆，刘超，
申请(专利权)人：欣旺达电动汽车电池有限公司，
类型：发明
国别省市：