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，且所述填料为由一次颗粒团聚形成的二次颗粒。本申请提供的隔离膜具有耐热性优良、粘结强度高、电解液浸润和保持特性良好等特点，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、长循环寿命和良好的倍率性能。的倍率性能。的倍率性能。

【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使用寿命。因此，如何使二次电池同时兼顾高能量密度、高热安全性能、长循环寿命和良好的倍率性能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、粘结强度高、电解液浸润和保持特性良好等特点，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、长循环寿命和良好的倍率性能。
[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，且所述填料为由一次颗粒团聚形成的二次颗粒。
[0007]涂层中的填料为由一次颗粒团聚形成的二次颗粒，二次颗粒形貌的填料具有比表面积大、与三维骨架结构亲和性好的优势，由此能够与三维骨架结构形成稳定的空间网络结构，从而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，由此采用本申请的隔离膜的二次电池能可具有长循环寿命和良好的倍率性能。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。本申请的涂层包括三维骨架结构，且填料的至少一部分填充在三维骨架结构中，因此填料与三维骨架结构之间的接触位点较多，由此可以降低涂层中粘结剂的使用量，从而有效降低了粘结剂堵孔的风险，并能进一步改善二次电池的循环寿命和倍率性能。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，构成所述填料的一次颗粒的平均粒径为8nm至30nm，可选为10nm至20nm。由此能使填料具有良好的二次颗粒形貌，且合适的范围可以使填料与三维骨架结构更好的搭接形成一体化效果。
[0009]在本申请的任意实施方式中，所述填料的平均粒径为≤200nm，可选为50nm至200nm。由此能使填料具有较高的比表面积，且平均粒径在合适范围内的填料还能与三维骨架结构的长度进行更好地匹配，由此可以使填料与三维骨架结构更好地搭接形成一体化效果，从而增加填料与三维骨架结构之间的亲和性以及增加隔离膜对电解液的浸润和保持特性。
[0010]在本申请的任意实施方式中，所述填料的BET比表面积为≥20m2/g，可选为30m2/g至80m2/g。由此填料与三维骨架结构之间的亲和性更好，同时还能增加隔离膜对电解液的浸润和保持特性。
[0011]在本申请的任意实施方式中，所述填料包括无机颗粒和有机颗粒中的至少一种。
[0012]在本申请的任意实施方式中，所述无机颗粒包括勃姆石、氧化铝、硫酸钡、氧化镁、氢氧化镁、硅氧化合物、二氧化锡、氧化钛、氧化钙、氧化锌、氧化锆、氧化钇、氧化镍、二氧化铪、氧化铈、钛酸锆、钛酸钡和氟化镁中的至少一种，更可选地，所述无机颗粒包括勃姆石、氧化铝、硫酸钡、氧化镁、硅氧化合物、氧化钛、氧化锌、氧化铈和钛酸钡中的至少一种。
[0013]在本申请的任意实施方式中，所述有机颗粒包括聚苯乙烯和聚丙烯酸蜡中的至少一种。
[0014]在本申请的任意实施方式中，所述填料包括二次颗粒形貌的无机颗粒，且所述二次颗粒形貌的无机颗粒的晶型包括α晶型、θ晶型、γ晶型和η晶型中的至少两种。可选地所述二次颗粒形貌的无机颗粒的晶型包括α晶型、θ晶型和γ晶型中的至少两种。
[0015]在本申请的任意实施方式中，α晶型的二次颗粒形貌的无机颗粒在所述二次颗粒形貌的无机颗粒中的含量为≥1.2wt％，可选为1.2wt％至10wt％，基于所述二次颗粒形貌的无机颗粒的总重量计。
[0016]在本申请的任意实施方式中，θ晶型的二次颗粒形貌的无机颗粒在所述二次颗粒形貌的无机颗粒中的含量为≥50wt％，可选为60wt％至85wt％，基于所述二次颗粒形貌的无机颗粒的总重量计。
[0017]在本申请的任意实施方式中，γ晶型的二次颗粒形貌的无机颗粒在所述二次颗粒形貌的无机颗粒中的含量为≥10wt％，可选为15wt％至60wt％，基于所述二次颗粒形貌的无机颗粒的总重量计。
[0018]在本申请的任意实施方式中，η晶型的二次颗粒形貌的无机颗粒在所述二次颗粒形貌的无机颗粒中的含量为≤5wt％，可选为≤2wt％，基于所述二次颗粒形貌的无机颗粒的总重量计。
[0019]通过选择不同晶型的填料有助于提升隔离膜的耐热性、粘结强度和对电解液的浸润和保持特性中的至少一者。
[0020]在本申请的任意实施方式中，构成所述填料的一次颗粒的平均粒径为d
1 nm，构成所述三维骨架结构的材料的平均直径为d
2 nm，且所述隔离膜满足：此时，构成所述三维骨架结构的材料可以搭接在构成所述填料的一次颗粒之间的空隙中，由此有助于填
料和三维骨架结构搭接形成一体化效果，从而涂层可以具有更稳定的空间网络结构，并且涂层还可以具有均匀的纳米孔结构，进而隔离膜可更好地兼顾高耐热性、高粘结强度和良好的电解液浸润和保持特性。
[0021]在本申请的任意实施方式中，所述三维骨架结构由纤维状物形成，所述纤维状物的形貌可选地包括棒状、管状和纤维状中的至少一种。
[0022]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传输特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。
[0023]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450nm。由此能够进一步提高隔离膜的耐热性和离子传输特性。
[0024]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10至30。由此能够进一步提高隔离膜对电本文档来自技高网...

【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，且所述填料为由一次颗粒团聚形成的二次颗粒。2.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，构成所述填料的一次颗粒的平均粒径为8nm至30nm，可选为10nm至20nm。3.根据权利要求1或2所述的隔离膜，其中，所述填料的平均粒径为≤200nm，可选为50nm至200nm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的隔离膜，其中，所述填料的BET比表面积为≥20m2/g，可选为30m2/g至80m2/g。5.根据权利要求1
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4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，所述无机颗粒包括勃姆石、氧化铝、硫酸钡、氧化镁、氢氧化镁、硅氧化合物、二氧化锡、氧化钛、氧化钙、氧化锌、氧化锆、氧化钇、氧化镍、二氧化铪、氧化铈、钛酸锆、钛酸钡和氟化镁中的至少一种，更可选地，所述无机颗粒包括勃姆石、氧化铝、硫酸钡、氧化镁、硅氧化合物、氧化钛、氧化锌、氧化铈和钛酸钡中的至少一种；可选地，所述有机颗粒包括聚苯乙烯和聚丙烯酸蜡中的至少一种。6.根据权利要求1
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5任一项所述的隔离膜，其中，所述填料包括二次颗粒形貌的无机颗粒，且所述二次颗粒形貌的无机颗粒的晶型包括α晶型、θ晶型、γ晶型和η晶型中的至少两种，可选地，所述二次颗粒形貌的无机颗粒的晶型包括α晶型、θ晶型和γ晶型中的至少两种；可选地，α晶型的二次颗粒形貌的无机颗粒在所述二次颗粒形貌的无机颗粒中的含量为≥1.2wt％，更可选为1.2wt％至10wt％，基于所述二次颗粒形貌的无机颗粒的总重量计；可选地，θ晶型的二次颗粒形貌的无机颗粒在所述二次颗粒形貌的无机颗粒中的含量为≥50wt％，更可选为60wt％至85wt％，基于所述二次颗粒形貌的无机颗粒的总重量计；可选地，γ晶型的二次颗粒形貌的无机颗粒在所述二次颗粒形貌的无机颗粒中的含量为≥10wt％，更可选为15wt％至60wt％，基于所述二次颗粒形貌的无机颗粒的总重量计；可选地，η晶型的二次颗粒形貌的无机颗粒在所述二次颗粒形貌的无机颗粒中的含量为≤5wt％，更可选为≤2wt％，基于所述二次颗粒形貌的无机颗粒的总重量计。7.根据权利要求1
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6任一项所述的隔离膜，其中，构成所述填料的一次颗粒的平均粒径为d
1 nm，构成所述三维骨架结构的材料的平均直径为d
2 nm，且所述隔离膜满足：d1≤√2d2。8.根据权利要求1
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7任一项所述的隔离膜，其中，所述三维骨架结构由纤维状物形成，所述纤维状物的形貌可选地包括棒状、管状和纤维状中的至少一种。9.根据权利要求1
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8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。10.根据权利要求1
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9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450nm；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10至30。
11.根据权利要求8
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10任一项所述的隔离膜，其中，所述纤维状物包括有机材料和无机材料中的至少一种；可选地，所述有机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；可选地，所述无机材料包括埃洛石纳米管、纳米棒状氧化铝、纳米棒状勃姆石、纳米棒状氧化硅和玻璃纤维中的至少一种。12.根据权利要求1
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11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未改性纳米纤维素和改性纳米纤维素中的至少一种；可选地，所述改性纳米纤维素包括改性基团，所述改性基团包括胺基、羧基、醛基、磺酸基、硼酸基和磷酸基中的至少一种，更可选地包括磺酸基、硼酸基和磷酸基中的至少一种；可选地，所述改性纳米纤维素包括羟基和改性基团，且所述改性基团与所述羟基的摩尔比为1:4至4:1，更可选为2:3至7:3。13.根据权利要求1
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12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磺酸基，且构成所述三维骨架结构的材料中的硫元素的含量为≥0.1w...

【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：