一种隔膜、电极组件、电池和用电装置的制作方法

xiaoxiao2026-09-17  6


本技术涉及二次电池,尤其涉及一种隔膜、电极组件、电池和用电装置。


背景技术:

1、隔膜作为锂电池四大关键材料之一,主要作用是分隔正负极,仅限电解质离子通过以防两电极接触而短路,其性能决定电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量(能量密度)、循环(寿命)以及安全性等特征,性能优异的隔膜对提高电池综合性能具有重要作用。当前商品化隔膜材料主要为聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)微孔膜,其分别在125~135℃和160~165℃温度范围内会发生熔化,热稳定性较差,电池形成内短路导致电池发生剧烈燃烧或爆炸。此外,有机溶剂具有易燃性、高腐蚀性,同时抗氧化性较差、无法解决锂枝晶问题而易引发电池短路。因此,传统锂电池存在热失控风险,也限制了高电压正极、锂金属负极等高容量电极材料的使用。

2、在更高的能量密度和安全性要求下,采用固态电池将传统电池的隔膜+电解液体系替换成高安全隔膜(如涂层隔膜或固态电解质膜),可保证电池的安全性,同时可兼容高容量正负极实现高能量密度。常采用功能涂层进行隔膜改性,如陶瓷涂层材料强度高,可提高隔膜的热稳定性和机械强度,但是存在材料密度较大、离子电导率差问题,影响电池的能量密度和性能;无机固态电解质包括磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧钛氧、锂镧锆氧涂层材料具有较高的离子电导率,但是复杂且昂贵的制备方法限制了其实用性。

3、例如,现有技术中有人提出了采用凹版辊法涂覆技术,选用高分子离子型聚氨酯型两亲性聚合物作为分散剂,利用分散剂对陶瓷颗粒进行包覆,增强陶瓷涂层的粘结性,从而减少粘结剂用量,在pp隔膜上进行单面陶瓷(氧化铝)涂覆,获得总厚度为16μm的氧化铝陶瓷涂层隔膜。该方案中虽然减少了粘结剂的用量,但是采用的涂层是几乎不具备离子导的氧化铝陶瓷,且是单面涂层,在离子电导率和热稳定性上效果并不理想。

4、也有人提出了采用浸渍涂布、微凹涂布、浸渍和微凹组合式涂布的方式进行多层复合涂布,所述的涂层浆料为三氧化二铝、二氧化锆、二氧化硅、pvdf、ptfe中一种或两种以上粉末,基膜为pe、pp、pmia、无纺布中的一种,厚度约20μm。该方案中采用多涂层进行基膜改性,但是所采用的涂层为三氧化二铝、二氧化锆、二氧化硅、pvdf、ptfe中一种或两种以上粉末。仍不具备优异的离子电导率,这将导致电池的低温电化学性能较差。

5、还有人提出了采用芳族聚酰胺耐高温粘结剂与无机陶瓷或玻璃纤维复合制备无机材料涂层在基膜上进行单侧或双侧涂层隔膜,无机陶瓷为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌、氧化钡、锂镧钛氧、锂镧锆氧、勃姆石中的任意一种或几种;基膜为pe隔膜、pp隔膜、pp/pe/pp隔膜、pet无纺布、pbt无纺布中的任意一种。该方案中涂层为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌、氧化钡、锂镧钛氧、锂镧锆氧、勃姆石中的任意一种或几种;三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌、氧化钡、勃姆石等高强度氧化物材料被用于修饰隔膜,以提高隔膜的力学强度,通过物理手段来抑制枝晶生长和阻碍枝晶刺穿隔膜。然而该类材料往往会堵塞隔膜孔洞,阻碍锂离子传输。此外,这些材料密度较大会显著增加隔膜质量和体积,从而降低锂金属电池的能量密度。锂镧钛氧、锂镧锆氧等快离子导体修饰聚烯烃隔膜,在电池循环中,复合隔膜可以自主地均匀锂离子,实现均匀的锂沉积。然而,复杂且昂贵的制备方法限制了其实用性。

6、还有人提出了采用无机固态电解质、聚合物、锂盐、添加剂制备复合溶胶,在四氟乙烯板上进行浇铸、烘干制备自支撑成有机-无机复合电解质隔膜。所述无机固态电解质包括磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧钛氧、锂镧锆氧中的一种或多种;聚合物包括聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺中的一种或几种;所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、六氟砷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、硝酸锂、氟化锂中的一种或多种。该方案属于自支撑固态电解质膜,将氧化物电解质、锂盐、聚合物复合制备溶胶后浇铸成型而成,理论上可提高离子电导率,然而,专利中的离子电导率并没有明显提升,且该方法制备的电解质膜较厚(>25μm),拉伸强度较低(<10mpa),不利于高能量密度和高安全电池的实现。


技术实现思路

1、本技术提供了一种隔膜、电极组件、电池和用电装置,以改善隔膜热稳定性差的问题。

2、第一方面,本技术提供了一种隔膜,所述隔膜包括基膜和涂层,所述涂层附着于所述基膜的至少部分区域,所述基膜包括第一基膜、粘结层和第二基膜,所述粘结层设于所述第一基膜和第二基膜之间,所述第一基膜为纤维素隔膜,所述第二基膜为聚合物隔膜。

3、作为一种可选的实施方式,所述纤维素隔膜的成分包括纤维素纤维和耐热聚苯硫醚纤维中的至少一种;和/或

4、所述聚合物隔膜的成分包括聚乙烯。

5、作为一种可选的实施方式,所述粘结层的成分包括(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物。

6、作为一种可选的实施方式,所述涂层的成分包括功能材料、粘结剂和助剂,其中,所述功能材料包括mof基材料和/或氧化物电解质材料。

7、作为一种可选的实施方式,所述mof基材料包括zif-8、zif-67、mof-199、mof-74和uio-66中的至少一种;和/或

8、所述氧化物电解质材料包括磷酸钛铝锂和锂镧锆氧中的至少一种。

9、作为一种可选的实施方式,所述功能材料的粒径为0.3μm~3μm。

10、作为一种可选的实施方式,所述粘结剂包括至少两种粘结剂。

11、作为一种可选的实施方式,所述粘结剂包括第一粘结剂、第二粘结剂和第三粘结剂,所述第一粘结剂为丙烯酸衍生物多元共聚物,所述第二粘结剂为抗水粘结剂,所述第三粘结剂为耐热粘结剂。

12、作为一种可选的实施方式,所述丙烯酸衍生物多元共聚物包括la132、la133、la136d和la136dl中的至少一种;和/或

13、所述抗水粘结剂包括改性聚丙烯酸酯;和/或

14、所述改性聚丙烯酸酯包括苯乙烯–丙烯酸酯共聚物;和/或

15、所述耐热粘结剂包括两性离子型聚丙烯酰胺和磺酸盐型聚丙烯酰胺中的至少一种。

16、作为一种可选的实施方式,所述助剂包括分散剂、润湿剂和阻燃剂;和/或

17、所述分散剂包括六偏磷酸钠、焦磷酸钠和聚丙烯酸钠盐中的至少一种;和/或

18、所述润湿剂包括聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚和聚乙烯醇中的至少一种;和/或

19、所述阻燃剂包括磷酸三丁酯、甲基磷酸二甲酯和双马来酰亚胺中的至少一种。

20、作为一种可选的实施方式,所述涂层的成分按质量份数计包括:功能材料20~50份、粘结剂0.05~8份、分散剂0.05~5份、润湿剂0.001~2份和阻燃剂0.05~5份,其中,所述功能材料包括mof基材料和/或氧化物电解质材料。

21、作为一种可选的实施方式,所述涂层包括第一涂层和第二涂层,所述第一涂层和第二涂层均附着于所述基膜。

22、第二方面,本技术提供了一种电极组件,所述电极组件包括负极片、正极片和设于所述负极片和所述正极片之间的第一方面提供的隔膜。

23、第三方面,本技术提供了一种电池,所述电池包括第二方面提供的电极组件。

24、第四方面,本技术提供了一种用电装置,所述用电装置包括第三方面提供的电池。

25、本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点:

26、本技术实施例提供的该隔膜,通过将纤维素隔膜和聚合物隔膜进行复合,利用纤维素隔膜的高耐热稳定和聚合物隔膜的高抗拉伸强度,使得隔膜兼具热稳定性好和拉伸强度高的特性,改善了隔膜热稳定性差的问题。


技术特征:

1.一种隔膜,其特征在于,所述隔膜包括基膜和涂层,所述涂层附着于所述基膜的至少部分区域,所述基膜包括第一基膜、粘结层和第二基膜,所述粘结层设于所述第一基膜和第二基膜之间,所述第一基膜为纤维素隔膜,所述第二基膜为聚合物隔膜。

2.根据权利要求1所述的隔膜,其特征在于,所述纤维素隔膜的成分包括纤维素纤维和耐热聚苯硫醚纤维中的至少一种;和/或

3.根据权利要求1或2所述的隔膜,其特征在于,所述粘结层的成分包括(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物。

4.根据权利要求1所述的隔膜,其特征在于,所述涂层的成分包括功能材料、粘结剂和助剂,其中,所述功能材料包括mof基材料和/或氧化物电解质材料。

5.根据权利要求4所述的隔膜,其特征在于,所述mof基材料包括zif-8、zif-67、mof-199、mof-74和uio-66中的至少一种;和/或

6.根据权利要求4或5所述的隔膜,其特征在于,所述功能材料的粒径为0.3μm~3μm。

7.根据权利要求4所述的隔膜,其特征在于,所述粘结剂包括至少两种粘结剂。

8.根据权利要求7所述的隔膜,其特征在于,所述粘结剂包括第一粘结剂、第二粘结剂和第三粘结剂,所述第一粘结剂为丙烯酸衍生物多元共聚物,所述第二粘结剂为抗水粘结剂,所述第三粘结剂为耐热粘结剂。

9.根据权利要求8所述的隔膜,其特征在于,所述丙烯酸衍生物多元共聚物包括la132、la133、la136d和la136dl中的至少一种;和/或

10.根据权利要求4所述的隔膜,其特征在于,所述助剂包括分散剂、润湿剂和阻燃剂;和/或

11.根据权利要求1所述的隔膜,其特征在于,所述涂层的成分按质量份数计包括:功能材料20~50份、粘结剂0.05~8份、分散剂0.05~5份、润湿剂0.001~2份和阻燃剂0.05~5份,其中,所述功能材料包括mof基材料和/或氧化物电解质材料。

12.根据权利要求1所述的隔膜,其特征在于,所述涂层包括第一涂层和第二涂层,所述第一涂层和第二涂层均附着于所述基膜。

13.一种电极组件,其特征在于,所述电极组件包括负极片、正极片和设于所述负极片和所述正极片之间的权利要求1至12中任一项所述的隔膜。

14.一种电池,其特征在于,所述电池包括权利要求13所述的电极组件。

15.一种用电装置,其特征在于,所述用电装置包括权利要求14所述的电池。


技术总结
本申请涉及一种隔膜、电极组件、电池和用电装置,属于二次电池技术领域;隔膜包括基膜和涂层,所述涂层附着于所述基膜的至少部分区域,所述基膜包括第一基膜、粘结层和第二基膜,所述粘结层设于所述第一基膜和第二基膜之间,所述第一基膜为纤维素隔膜,所述第二基膜为聚合物隔膜;通过将纤维素隔膜和聚合物隔膜进行复合,利用纤维素隔膜的高耐热稳定和聚合物隔膜的高抗拉伸强度,使得隔膜兼具热稳定性好和拉伸强度高的特性,改善了隔膜热稳定性差的问题。

技术研发人员:杨丽,张薇,程进,李宇航,陈东
受保护的技术使用者:东风汽车集团股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/9/23
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