一种电池、电子设备及隔膜的加工方法技术

本申请提供一种电池、电子设备及隔膜的加工方法，涉及电子产品技术领域，用于解决如何抑制电池中金属负极的枝晶生长现象，提高电池的容量、寿命及安全性的问题。电池包括正极、金属负极和隔膜。隔膜设置于正极与金属负极之间，且隔膜包括基膜以及设置于基膜的朝向金属负极的表面的铁电材料层，铁电材料层包括铁电材料，铁电材料在正极与金属负极之间的充电电场作用下产生电极化，该电极化的方向与该充电电场的方向相反，且该电极化的强度与该充电电场的强度正相关。本申请提供的电池用于储存电量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种电池、电子设备及隔膜的加工方法


[0001]本申请涉及电子产品
，尤其涉及一种电池、电子设备及隔膜的加工方法。

技术介绍

[0002]随着经济的发展，目前诸如便携式电子产品、无人机、电动汽车等电子设备迫切需要具有更高能量密度、更高功率密度、更长循环寿命和更安全的电池。而现有的以石墨作为负极的锂离子电池，其能量密度已接近上限，不能满足用户对上述电子设备的续航及待机需求。
[0003]锂、钠、钾等金属负极具有高的理论比容量和低的电化学电势，是一种具有广阔发展前景的高能负极材料。采用这种金属负极可以大幅提升电池的能量密度，显著提高用户体验。但是，金属负极存在枝晶生长现象，该现象不仅造成电池容量和寿命衰减，还会造成隔膜刺穿、电池短路甚至热失控爆炸等问题，从而阻碍了高能量密度金属负极电池的商业化进程。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种电池、电子设备及隔膜的加工方法，用于解决如何抑制电池中金属负极的枝晶生长现象，提高电池的容量、寿命及安全性的问题。
[0005]为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
[0006]第一方面，提供了一种电池，该电池包括正极、金属负极和隔膜。隔膜设置于正极与金属负极之间，且隔膜包括基膜以及设置于基膜的朝向金属负极的表面的铁电材料层。该铁电材料层包括铁电材料。铁电材料在正极与金属负极之间的充电电场作用下产生电极化，该电极化的方向与充电电场的方向相反，且电极化的强度与充电电场的强度正相关。
[0007]这样一来，充电过程中，在充电电场的作用下，铁电材料因铁电效应而产生反极化电场，该反极化电场的方向与充电电场的方向相反。在此基础上，由于铁电材料的电极化强度与充电电场的强度正相关，因此在充电电场的强度越强的部位产生的反极化电场也越强。而由于充电电场在微观凸起部位的电场强度较强，在微观凹陷部位的电场强度较弱。因此，铁电材料在与微观凸起相对的部位产生的反极化电场强度较强，在与微观凹陷相对的部位产生的反极化电场强度较弱。这样，当来自正极的电解质离子扩散到铁电材料上与微观凸起相对的部位时，受到较强的反极化电场的作用，使得电解质离子进一步向微观凸起的周围区域运动，不再直接沉积在微观凸起处，由此使得电解质离子均匀分布在金属负极的表面，从而抑制了枝晶的生长，保证了电池的容量和寿命，提升了电池的使用安全性。
[0008]在第一方面的一种可能的实现方式中，铁电材料为铁电陶瓷材料。铁电陶瓷材料的介电常数较高，在充电电场一定的前提下，产生的反极化电场强度较大，在充电过程中，能够将电解质离子有效分散至微观凸起部位的周围区域，能够有效抑制枝晶的生长。
[0009]在第一方面的一种可能的实现方式中，铁电材料为无铅铁电材料。无铅铁电材料不含铅元素，对环境友好，造成的环境污染较小。
[0010]在第一方面的一种可能的实现方式中，铁电材料为弛豫铁电材料。弛豫铁电材料内离子移动需要的能量更低，能够拥有更高的极化强度，在充电过程中，能够将电解质离子有效分散至微观凸起部位的周围区域，能够有效抑制枝晶的生长。
[0011]在第一方面的一种可能的实现方式中，铁电材料包括聚偏氟乙烯铁电聚合物、奇数尼龙、亚乙烯基二氰共聚物、芳香族和脂肪族聚脲、钛酸钡、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、铌酸锶钡、铌酸钡钠、铁酸铋、钛酸锶钡、钛酸锶钙、锆钛酸钡、磷酸二氢钾、铌酸镁铅(Pb(Mg
1/3
Nb
2/3
)O3)、铌酸锌铅(Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O3)、钽酸钪铅(Pb(Sc
1/2
Ta
1/2
)O3)、铌酸铟钡
‑
钛酸铅((1
‑
x)Ba(In
0.5
Nb
0.5
)O3‑
xPbTiO3)(其中，0<x<1)、钛酸钠铋(Bi
0.5
Na
0.5
TiO3)、铁酸铋
‑
钛酸钡(BiFeO3‑
BaTiO3)中的至少一种。
[0012]在第一方面的一种可能的实现方式中，铁电材料的居里温度大于或者等于100℃。具体的，铁电材料的居里温度(Tc)可以为120℃、150℃、180℃、200℃、300℃、400℃或者500℃。由于铁电材料的环境温度在居里温度以下时，铁电材料具有铁电效应，能够在充电电场作用下产生电极化，并使得该电极化的方向与该充电电场的方向相反，而且铁电材料的电极化强度与充电电场的强度正相关。当铁电材料的环境温度在居里温度以上时，铁电材料由低温的铁电相改变为高温的非铁电相，导致铁电材料的铁电效应消失。而电池在充电过程中的内部温度通常小于100℃，因此，当铁电材料的居里温度(Tc)大于或者等于100℃时，电池在整个充电过程中，内部的铁电材料均具有铁电效应，能够在充电过程的整个过程中有效抑制枝晶的生长。
[0013]在第一方面的一种可能的实现方式中，在铁电材料层中，铁电材料的质量百分数大于或者等于90％，且小于或者等于98％。在此范围内时，铁电材料的质量占比适中，能够有效抑制枝晶生长，同时给粘结剂预留了足够的设计空间，以保证铁电材料在第二表面的结合力。
[0014]在第一方面的一种可能的实现方式中，铁电材料层还包括粘结剂，粘结剂粘接于基膜的朝向金属负极的表面，铁电材料呈粉体状，且铁电材料分散于粘结剂内。粘结剂用于提高铁电材料在第二表面的结合力，铁电材料通过粘结剂结合在第二表面。
[0015]在第一方面的一种可能的实现方式中，粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙二醇、聚环氧乙烯、聚多巴胺、羧甲基纤维素钠/丁苯橡胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乳酸、海藻酸钠、聚对苯乙烯磺酸、聚对苯乙烯磺酸锂和明胶中的至少一种。
[0016]在第一方面的一种可能的实现方式中，在铁电材料层中，粘结剂的质量百分数大于或者等于2％，且小于或者等于10％。在此范围内时，能够保证铁电材料在第二表面的结合力。同时，给铁电材料预留了足够的设计空间，以有效抑制枝晶的生长。
[0017]在第一方面的一种可能的实现方式中，铁电材料的粒径为纳米级，也即是铁电材料的粒径大于或者等于1nm，小于1000nm。具体的，铁电材料的粒径可以为1nm、10nm、20nm、100nm、200nm、500nm、800nm、900nm或者950nm。这样一来，便于在粘结剂内均匀分散，能够有效抑制枝晶的生长。
[0018]在第一方面的一种可能的实现方式中，基膜为多孔膜，铁电材料层为多孔材料层，铁电材料层上的孔隙与基膜上的孔隙连通形成连通孔隙，连通孔隙贯穿基膜的背对铁电材料层的表面和铁电材料层的背对所述基膜的表面。这样一来，在电池充放电过程中，电解质
离子可以由该连通孔隙穿过，由此避免铁电材料层干扰充放电进程。
[0019本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池，其特征在于，包括：正极；金属负极；隔膜，所述隔膜设置于所述正极与所述金属负极之间，且所述隔膜包括基膜以及设置于所述基膜的朝向所述金属负极的表面的铁电材料层，所述铁电材料层包括铁电材料，所述铁电材料在所述正极与所述金属负极之间的充电电场作用下产生电极化，所述电极化的方向与所述充电电场的方向相反，且所述电极化的强度与所述充电电场的强度正相关。2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述铁电材料为铁电陶瓷材料。3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述铁电材料为无铅铁电材料。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的电池，其特征在于，所述铁电材料为弛豫铁电材料。5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述铁电材料包括聚偏氟乙烯铁电聚合物、奇数尼龙、亚乙烯基二氰共聚物、芳香族和脂肪族聚脲、钛酸钡、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、铌酸锶钡、铌酸钡钠、铁酸铋、钛酸锶钡、钛酸锶钙、锆钛酸钡、磷酸二氢钾、铌酸镁铅、铌酸锌铅、钽酸钪铅、铌酸铟钡
‑
钛酸铅、钛酸钠铋、铁酸铋
‑
钛酸钡中的至少一种。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的电池，其特征在于，所述铁电材料的居里温度大于或者等于100℃。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的电池，其特征在于，在所述铁电材料层中，所述铁电材料的质量百分数大于或者等于90％，且小于或者等于98％。8.根据权利要求1
‑
7任一项所述的电池，其特征在于，所述铁电材料层还包括粘结剂，所述粘结剂粘接于所述基膜的朝向所述金属负极的表面，所述铁电材料呈粉体状，且所述铁电材料分散于所述粘结剂内。9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙二醇、聚环氧乙烯、聚多巴胺、羧甲基纤维素钠/丁苯橡胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乳酸、海藻酸钠、聚对苯乙烯磺酸、聚对苯乙烯磺酸锂和明胶中的至少一种。10.根据权利要求8或9所述的电池，其特征在于，在所述铁电材料层中，所述粘结剂的质量百分数大于或者等于2％，且小于或者等于10％。11.根据权利要求8
‑
10任一项所述的电池，其特征在于，所述铁电材料的粒径为纳米级。12.根据权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷添，朱华，卢轮，林超旺，
申请(专利权)人：荣耀终端有限公司，
类型：发明
国别省市：