【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种电池隔膜、该种电池隔膜的制备方法、包括该电池隔膜的电池和电子装置。
技术介绍
1、随着锂离子电池的应用领域快速发展，人们对其使用寿命要求与安全性能的要求越来越高。而隔膜作为锂离子电池的电芯关键组件，用于将电池正、负级板分隔开来，防止两极接触造成短路，并且能使电解质中的离子通过。隔膜不仅是影响锂离子电池安全性能的根源，并且其结构与特性在很大程度上会影响电池的电化学性能与使用寿命。
2、常见的锂离子电池隔膜为聚烯烃多孔膜，这类材料的熔点跟力学性能都较低。当电池内部或外部温度升高时，隔膜的力学性能下降，容易收缩并破裂，无法满足安全需要。目前，隔膜厂商主要通过在聚烯烃隔膜表面涂覆陶瓷涂层或者芳纶涂层来改善隔膜的热稳定性能。理论上，涂层密度越大，孔隙率越小，则隔膜的耐热性能会更好；然而，隔膜的透气率、电解液润湿性以及锂离子传导率等特性会随之变差。
技术实现思路
1、本申请实施例第一方面提供了一种电池隔膜，包括：
2、基膜及结合于所述基膜至少一表面的多孔的芳纶涂层；
3、所述芳纶涂层包括与所述基膜结合的高密度区域和与所述基膜结合的低密度区域，所述高密度区域和所述低密度区域相互混杂且连接；其中所述高密度区域的密度大于所述低密度区域的密度；沿所述电池隔膜的厚度方向，所述低密度区域相对所述高密度区域凸起，所述高密度区域形成为所述芳纶涂层中的凹坑。
4、本申请通过在基膜上设置一特殊结构的芳纶涂层，既改善热稳定性，又不影响隔膜的离子电导率。所
5、本申请实施方式中，所述芳纶涂层由芳纶形成，或者所述芳纶涂层为包括芳纶和无机填料颗粒的混合层。
6、本申请实施方式中，当所述芳纶涂层中含有所述无机填料颗粒时，所述无机填料颗粒为srtio3、sno2、mg(oh)2、mgo、al(oh)3、al2o3、sio2、baso4和tio2中的至少一种，所述无机填料颗粒的重量占所述芳纶涂层重量的40％～90％。
7、添加适当含量的无机填料颗粒可提高芳纶涂层的致密度，改善隔膜的热收缩性能(降低热收缩率)；同时协助在芳纶相转移成膜的过程中造孔，形成具有均匀孔径的涂布膜。
8、本申请实施方式中，高密度区域的密度为0.8～2.0g/cm3，低密度区域的密度为0.4～1.2g/cm3。
9、制备所述芳纶涂层的过程中，当芳纶涂层未完全固化成膜时，经过表面凹凸不平的辊的挤压，由于辊的表面深度不一样，其接触芳纶涂层的局部压力不一样，由此辊的凸部对应形成高密度区域，辊的凹部对应形成低密度区域。
10、本申请实施方式中，所述高密度区域的面积为所述芳纶涂层面积的70％～95％。
11、本申请实施方式中，所述低密度区域的厚度为1.0～4.0μm。
12、本申请实施方式中，所述高密度区域的厚度为所述低密度区域厚度的50％～95％。
13、若高密度区域的厚度或面积在所述芳纶涂层中的占比太小，不仅会降低芳纶涂层本身机械性以及热收缩性能，其电解液浸润与保液性能也会受限制；若高密度区域的厚度或面积在所述芳纶涂层中的占比太大，隔膜的内阻改善效果则不理想。因此，本申请通过高密度区域选取适当的厚度或面积，改善热收缩的同时提升离子电导率。
14、本申请实施方式中，所述低密度区域相对所述高密度区域在所述芳纶涂层的厚度方向凸起的高度为0.1～2.0μm。
15、所述低密度区域的厚度比所述高密度区域的厚度大0.1～2.0μm。若高密度区域与低密度区域的厚度差太大，不规则厚度可能会导致所述芳纶涂层更易起皱，增加隔膜和电芯制备过程中的工艺难度，因此，本申请选取高低密度区域适当的厚度差。
16、本申请实施方式中，所述低密度区域的数量为多个，多个低密度区域相互间隔且被所述高密度区域所围绕；或者所述高密度区域的数量为多个，多个高密度区域相互间隔且被所述低密度区域所围绕；或者所述低密度区域的数量和所述高密度区域的数量均为多个，所述高密度区域和所述低密度区域交替排布。
17、所述高密度区域和所述低密度区域的排布可为周期性有规律的排布，也可以是非周期性的随机排布，整体上是高密度区域和低密度区域混杂的排布。
18、本申请实施方式中，所述高密度区域和所述低密度区域中均具有孔洞，所述高密度区域中的孔洞的孔径小于所述低密度区域中的孔洞的孔径。
19、本申请实施方式中，所述高密度区域中的孔洞的孔径为80～280nm，所述低密度区域中的孔洞的孔径为200～450nm。
20、本申请实施方式中，每一个高密度区域的宽度为0.5～5mm，所述低密度区域的宽度为所述高密度区域的宽度的5％～15％。
21、所述宽度的测量方法是：将一个圆放在所述高密度区域或低密度区域所在的投影区域(沿芳纶涂层厚度方向的投影)，把投影区域中能放入的直径最大的圆的直径定义为该高密度区或低密度区域的宽度。
22、本申请实施方式中，所述电池隔膜在150℃时热收缩率≤5％。
23、本申请实施方式中，所述电池隔膜的破膜温度≥220℃。
24、本申请实施方式中，所述电池隔膜的离子电导率≥1.5ms/cm，所述芳纶涂层的单位厚度透气度增加值≤20s/100ml/μm，所述芳纶涂层的吸液率≥130％，所述电池隔膜的接触角≤35°，所述电池隔膜的浸润速度≥2mm2/s。
25、本申请实施方式中，所述基膜为多孔的聚合物膜。
26、本申请实施例第二方面提供了一种电池，包括正极、负极、位于所述正极和所述负极之间的电池隔膜，所述电池隔膜为本申请第一方面所述的电池隔膜。
27、由于所述电池隔膜既具有良好的热稳定性，又具有较佳的离子电导率，因此可明显提高了电池的电化学性能和安全性能，可有效延长电池的使用寿命。
28、本申请实施例第三方面提供了一种电子装置，包括壳体以及设置在所述壳体中的电池，所述电池为本申请第二方面所述的电池。
29、本申请实施例第四方面提供了一种电池隔膜的制备方法，包括：
30、将芳纶与良溶剂分散混合制得芳纶浆料；
31、将所述芳纶浆料施加到基膜的至少一个表面上，然后进入溶剂槽进行固化成膜，所述溶剂槽中含有不良溶剂和所述良溶剂，所述不良溶剂用以诱导所述芳纶与所述良溶剂的分散体系发生相分离；
32、所述芳纶浆料未完全固化形成芳纶涂层时，在所述溶剂槽中使用具有凹凸形状的辊挤压未完全固化的芳纶涂层，使凹凸不平的形状转印到所述芳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电池隔膜，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述芳纶涂层为由芳纶形成，或者所述芳纶涂层为包括芳纶和无机填料颗粒的混合层。
3.根据权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于，当所述芳纶涂层中含有所述无机填料颗粒时，所述无机填料颗粒为SrTiO3、SnO2、Mg(OH)2、MgO、Al(OH)3、Al2O3、SiO2、BaSO4和TiO2中的至少一种，所述无机填料颗粒的重量占所述芳纶涂层重量的40％～90％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域的密度为0.8～2.0g/cm3，所述低密度区域的密度为0.4～1.2g/cm3。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域的面积为所述芳纶涂层面积的70％～95％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述低密度区域的厚度为1.0～4.0μm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域的厚度为所述低密度区域厚度的5
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述低密度区域相对所述高密度区域在所述芳纶涂层的厚度方向凸起的高度为0.1～2.0μm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述低密度区域的数量为多个，多个低密度区域相互间隔且被所述高密度区域所围绕；或者所述高密度区域的数量为多个，多个高密度区域相互间隔且被所述低密度区域所围绕；或者所述低密度区域的数量和所述高密度区域的数量均为多个，所述高密度区域和所述低密度区域交替排布。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域和所述低密度区域中均具有孔洞，所述高密度区域中的孔洞的孔径小于所述低密度区域中的孔洞的孔径。
11.根据权利要求10所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域中的孔洞的孔径为80～280nm，所述低密度区域中的孔洞的孔径为200～450nm。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，每一个高密度区域的宽度为0.5～5mm，所述低密度区域的宽度为所述高密度区域的宽度的5％～15％。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜在150℃时热收缩率≤5％。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜的破膜温度≥220℃。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜的离子电导率≥1.5mS/cm，所述芳纶涂层的单位厚度透气度增加值≤20s/100mL/μm，所述芳纶涂层的吸液率≥130％，所述电池隔膜的接触角≤35°，所述电池隔膜的浸润速度≥2mm2/s。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述基膜为多孔的聚合物膜。
17.一种电池，包括正极、负极、位于所述正极和所述负极之间的电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜为如权利要求1至16中任一项所述的电池隔膜。
18.一种电子装置，包括壳体以及设置在所述壳体中的电池，其特征在于，所述电池为如权利要求17所述的电池。
19.一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括：
20.根据权利要求19所述的电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述良溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；所述不良溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷和石油醚中的至少一种或者多种。
21.根据权利要求19或20所述的电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂槽为至少两段的多段式溶剂槽，所述基膜和结合在所述基膜表面的芳纶浆料依次进入所述多段式溶剂槽中，且依次进入的所述多段式溶剂槽中的所述良溶剂的含量为依次减小的。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述辊具有凸部与凹部，所述凸部与所述凹部的厚度差为0.1～2.0μm。
...【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述芳纶涂层为由芳纶形成，或者所述芳纶涂层为包括芳纶和无机填料颗粒的混合层。
3.根据权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于，当所述芳纶涂层中含有所述无机填料颗粒时，所述无机填料颗粒为srtio3、sno2、mg(oh)2、mgo、al(oh)3、al2o3、sio2、baso4和tio2中的至少一种，所述无机填料颗粒的重量占所述芳纶涂层重量的40％～90％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域的密度为0.8～2.0g/cm3，所述低密度区域的密度为0.4～1.2g/cm3。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域的面积为所述芳纶涂层面积的70％～95％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述低密度区域的厚度为1.0～4.0μm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域的厚度为所述低密度区域厚度的50％～95％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述低密度区域相对所述高密度区域在所述芳纶涂层的厚度方向凸起的高度为0.1～2.0μm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述低密度区域的数量为多个，多个低密度区域相互间隔且被所述高密度区域所围绕；或者所述高密度区域的数量为多个，多个高密度区域相互间隔且被所述低密度区域所围绕；或者所述低密度区域的数量和所述高密度区域的数量均为多个，所述高密度区域和所述低密度区域交替排布。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域和所述低密度区域中均具有孔洞，所述高密度区域中的孔洞的孔径小于所述低密度区域中的孔洞的孔径。
11.根据权利要求10所述的电池隔膜，其特征在于，所述高密度区域中的孔洞的孔径为80～280nm，所述低密度区域...
【专利技术属性】
技术研发人员：马芸，廖晨博，李文强，阳东方，孙泽蒙，田雷雷，谢封超，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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