隔离膜、其制备方法及其相关的二次电池和用电装置制造方法及图纸

本申请提供一种隔离膜、其制备方法及其相关的二次电池和用电装置，所述隔离膜包括多孔基材和设置在所述多孔基材的至少一个表面上的涂层，其中，所述涂层包括三维骨架结构和填料，所述填料中的至少一部分填充在所述三维骨架结构中，并且所述涂层的Zeta电位为小于0mV。本申请提供的隔离膜具有耐热性优良、均一性好和离子导通性好等特点，从而使得使用该隔离膜的二次电池可兼顾高能量密度、高热安全性能和长使用寿命。长使用寿命。长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】隔离膜、其制备方法及其相关的二次电池和用电装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有于2022年06月24日提交的名称为“一种隔离膜、其制备方法及其相关的二次电池和用电装置”的专利申请PCT/CN2022/101261的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。


[0003]本申请属于电池
，具体涉及一种隔离膜、其制备方法及其相关的二次电池和用电装置。

技术介绍

[0004]近年来，二次电池被广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。随着二次电池的应用及推广，其安全问题，特别是热安全问题受到越来越多的关注。然而，目前用于提高二次电池热安全性能的方式往往不利于平衡二次电池的能量密度和容量发挥。因此，如何使二次电池兼顾高能量密度、高热安全性能和长使用寿命是二次电池设计的关键挑战所在。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种隔离膜、其制备方法及其相关的二次电池和用电装置，该隔离膜具有耐热性优良、均一性好和离子导通性好等特点，从而使得使用该隔离膜的二次电池可兼顾高能量密度、高热安全性能和长使用寿命。
[0006]本申请第一方面提供一种隔离膜，包括多孔基材和设置在所述多孔基材的至少一个表面上的涂层，其中，所述涂层包括三维骨架结构和填料，所述填料中的至少一部分填充在所述三维骨架结构中，并且所述涂层的Zeta电位为小于0mV。所述涂层的Zeta电位通过如下方法测试得到：取30g涂层材料粉末与2000g去离子水搅拌混合后得到分散液，通过Zeta电位仪测试所获得的分散液的Zeta电位，即为所述涂层的Zeta电位。
[0007]在本申请提供的隔离膜中，当涂层的Zeta电位在合适的范围内时，涂层浆料具有良好的分散性，由此涂层浆料干燥后可形成面密度和厚度均一性好的涂层，提升隔离膜的耐热性，同时涂层孔隙分布均匀，可确保涂层离子导通性好，从而可以提高二次电池的倍率性能、热安全性能和循环性能。填料中的至少一部分填充在三维骨架结构中，由此有助于填料与三维骨架结构形成嵌套效果，从而既能增加隔离膜的耐热性，降低隔离膜受热时的收缩程度，降低正极和负极短路风险，使二次电池具有高热安全性能，又能使涂层与多孔基材之间保持高粘结强度，避免填料在二次电池长期充放电过程中脱落。填料中的至少一部分填充在三维骨架结构中，由此填料还能够与三维骨架结构搭接在一起，从而能使涂层具有稳定的空间网络结构，既能增加隔离膜的离子导通通道、促进离子传输，又能提升隔离膜对电解液的浸润和保持特性，进而采用本申请的隔离膜的二次电池可具有长使用寿命。由于
本申请的涂层具有高耐热性，由此可以选用更薄的多孔基材，进而采用本申请的隔离膜的二次电池还能够兼顾高能量密度。
[0008]在本申请的任意实施方式中，所述涂层的Zeta电位为
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50mV至
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5mV，可选为
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25mV至
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5mV。由此有助于进一步提升涂层面密度和厚度的均一性以及孔隙的均匀性，从而能够进一步提升隔离膜的离子导通性以及二次电池的能量密度和循环性能。
[0009]在本申请的任意实施方式中，构成所述三维骨架结构的材料包括有机棒状物和有机管状物中的至少一种。合适形状的材料有利于三维骨架结构与填料更好地搭接在一起，从而能使涂层具有更稳定的空间网络结构，由此能够进一步提升隔离膜的耐热性和离子导通性。
[0010]在本申请的任意实施方式中，构成所述三维骨架结构的材料包括纳米纤维素、聚四氟乙烯纳米纤维和聚酰胺纳米纤维中的至少一种，可选地，所述纳米纤维素包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶须和细菌纳米纤维素中的至少一种。
[0011]在本申请的任意实施方式中，构成所述三维骨架结构的材料包括纳米纤维素，所述纳米纤维素包括羟基和阴离子改性基团，可选地，所述阴离子改性基团包括胺基、羧基、磺酸基、硼酸基和磷酸基中的至少一种，更可选包括磺酸基、硼酸基和磷酸基中的至少一种。当纳米纤维素具有上述特定的阴离子改性基团时，能够保证涂层浆料具有合适的粘度，更有利于涂布，从而能提高隔离膜的生产效率；同时还有助于涂层具有合适的Zeta电位，从而能进一步提升涂层面密度和厚度的均一性以及孔隙的均匀性，进而能够进一步提升隔离膜的离子导通性以及二次电池的能量密度和循环性能。
[0012]在本申请的任意实施方式中，所述阴离子改性基团与所述羟基的摩尔比为1:4至4:1，可选为2:3至7:3。由此能够进一步提升涂层面密度和厚度的均一性以及孔隙的均匀性，以及提升隔离膜的耐热性、离子导通性和对电解液的浸润和保持特性。
[0013]在本申请的任意实施方式中，构成所述三维骨架结构的材料的平均直径为≤40nm，可选为10nm至35nm。由此能够进一步提高隔离膜的离子导通性和耐电压击穿特性，同时还有助于构成所述三维骨架结构的材料与填料搭接形成一体化效果，由此还能够进一步提升隔离膜的耐热性。
[0014]在本申请的任意实施方式中，构成所述三维骨架结构的材料的平均长度为100nm至600nm，可选为200nm至400nm。由此能够进一步提高隔离膜的耐热性和离子导通性。
[0015]在本申请的任意实施方式中，构成所述三维骨架结构的材料的长径比为5至60，可选为15至30。由此能够进一步提高隔离膜的离子导通性。
[0016]在本申请的任意实施方式中，所述填料包括一次颗粒形貌的填料颗粒和二次颗粒形貌的填料颗粒中的至少一种，可选地，所述填料包括二次颗粒形貌的填料颗粒，进一步可选地，所述填料同时包括一次颗粒形貌的填料颗粒和二次颗粒形貌的填料颗粒。
[0017]在本申请的任意实施方式中，所述一次颗粒形貌的填料颗粒的平均粒径为200nm至800nm，可选为200nm至400nm。
[0018]在本申请的任意实施方式中，所述一次颗粒形貌的填料颗粒的BET比表面积为≤10m2/g，可选为3m2/g至7m2/g。
[0019]在本申请的任意实施方式中，所述一次颗粒形貌的填料颗粒的含量为≤30wt％，可选为5wt％至25wt％，基于所述涂层的总重量计。
[0020]一次颗粒形貌的填料颗粒的粒径较大，由此能够更好地发挥其在涂层中的支撑作用，减少二次颗粒形貌的填料颗粒的收缩，降低粘结剂用量，从而提升隔离膜的耐热性；一次颗粒形貌的填料颗粒的粒径较大，有助于在用量较少时使涂层具有更多的孔道结构和更少的水含量，进而能够进一步提升隔离膜的离子导通性以及对电解液的浸润和保持特性。
[0021]在本申请的任意实施方式中，所述二次颗粒形貌的填料颗粒的平均粒径为≤200nm，可选为50nm至200nm。
[0022]在本申请的任意实施方式中，所述二次颗粒形貌的填料颗粒的BET比表面积为≥20m2/g，可选为30m2/g至80m2/g。
[0023]在本申请的任意实施方式中，所述二次颗粒形貌的填料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种隔离膜，包括多孔基材和设置在所述多孔基材的至少一个表面上的涂层，其中，所述涂层包括三维骨架结构和填料，所述填料中的至少一部分填充在所述三维骨架结构中，并且所述涂层的Zeta电位为小于0mV，所述涂层的Zeta电位通过如下方法测试得到：取30g涂层材料粉末与2000g去离子水搅拌混合后得到分散液，通过Zeta电位仪测试所获得的分散液的Zeta电位，即为所述涂层的Zeta电位。2.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述涂层的Zeta电位为
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50mV至
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5mV，可选为
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25mV至
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5mV。3.根据权利要求1或2所述的隔离膜，其中，构成所述三维骨架结构的材料包括有机棒状物和有机管状物中的至少一种；可选地，构成所述三维骨架结构的材料包括纳米纤维素、聚四氟乙烯纳米纤维和聚酰胺纳米纤维中的至少一种，可选地，所述纳米纤维素包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶须和细菌纳米纤维素中的至少一种。4.根据权利要求1
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3任一项所述的隔离膜，其中，构成所述三维骨架结构的材料包括纳米纤维素，所述纳米纤维素包括羟基和阴离子改性基团，可选地，所述阴离子改性基团包括胺基、羧基、磺酸基、硼酸基和磷酸基中的至少一种，更可选包括磺酸基、硼酸基和磷酸基中的至少一种。5.根据权利要4所述的隔离膜，其中，所述阴离子改性基团与所述羟基的摩尔比为1:4至4:1，可选为2:3至7:3。6.根据权利要求1
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5任一项所述的隔离膜，其中，构成所述三维骨架结构的材料的平均直径为≤40nm，可选为10nm至35nm。7.根据权利要求1
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6任一项所述的隔离膜，其中，构成所述三维骨架结构的材料的平均长度为100nm至600nm，可选为200nm至400nm；和/或，构成所述三维骨架结构的材料的长径比为5至60，可选为15至30。8.根据权利要求1
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7任一项所述的隔离膜，其中，所述填料包括一次颗粒形貌的填料颗粒和二次颗粒形貌的填料颗粒中的至少一种；可选地，所述填料包括二次颗粒形貌的填料颗粒；进一步可选地，所述填料同时包括一次颗粒形貌的填料颗粒和二次颗粒形貌的填料颗粒。9.根据权利要求8所述的隔离膜，其中，所述一次颗粒形貌的填料颗粒满足如下条件(1)至(3)中的至少一者：(1)所述一次颗粒形貌的填料颗粒的平均粒径为200nm至800nm，可选为200nm至400nm；(2)所述一次颗粒形貌的填料颗粒的BET比表面积为≤10m2/g，可选为3m2/g至7m2/g；(3)所述一次颗粒形貌的填料颗粒的含量为≤30wt％，可选为5wt％至25wt％，基于所述涂层的总重量计。10.根据权利要求8或9所述的隔离膜，其中，所述二次颗粒形貌的填料颗粒满足如下条件(1)至(3)中的至少一者：
(1)所述二次颗粒形貌的填料颗粒的平均粒径为≤200nm，可选为50nm至200nm；(2)所述二次颗粒形貌的填料颗粒的BET比表面积为≥20m2/g，可选为30m2/g至80m2/g；(3)所述二次颗粒形貌的填料颗粒的含量为≥60wt％，可选为70wt％至90wt％，基于所述涂层的总重量计。11.根据权利要求1
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10任一项所述的隔离膜，其中，所述填料同时包括一次颗粒形貌的填料颗粒和二次颗粒形貌的填料颗粒，且所述二次颗粒形貌的填料颗粒与所述一次颗粒形貌的填料颗粒的质量比为2:1至27:1，可选为5:1至15:1。12.根据权利要求1
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11任一项所述的隔离膜，其中，所述填料包括无机颗粒和有机颗粒中的至少一种；可选地，所述无机颗粒包括选自具有5或更高的介电常数的无机颗粒、具有传输活性离子能力的无机颗粒、能够发生电化学氧化和还原的无机颗粒中的至少一种；可选地，所述有机颗粒包括选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、聚丙烯、聚酯、聚苯硫醚、聚芳酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸乙酯的共聚物及其混合物中的至少一种。13.根据权利要求1
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12任一项所述的隔离膜，其中，所述涂层中的所述三维骨架结构的含量为6wt％至35wt％，可选为10wt％至30wt％，基于所述涂层的总重量计；和/或，所述三维骨架结构与所述填料的质量比为1:2至1:15.5，可选为1:5至1:10。14.根据权利要求1
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13任一项所述的隔离膜，其中，所述涂层还包括非颗粒状的粘结剂，可选地，所述非颗粒状的粘结剂包括水溶液型粘结剂；可选地，所述涂层中的所述非颗粒状的粘结剂的含量为≤2wt％，基于所述涂层的总重量计。15.根据权利要求1
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14任一项所述的隔离膜，其中，所述多孔基材的厚度为≤6μm，可选为3μm至5μm；和/或，所述涂层的厚度为≤1μm，可选...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明，杨建瑞，魏满想，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：