复合隔膜、电化学装置和终端设备制造方法及图纸

本申请涉及电池隔膜技术领域，提供了一种复合隔膜、电化学装置和终端设备。复合隔膜包括隔膜基材，以及覆盖隔膜基材的一表面的薄膜，薄膜为多孔薄膜；薄膜包括第一材料区、第二材料区和第三材料区，且第二材料区与第三材料区分设于第一材料区的两侧，并均与第一材料区相接；第一材料区的材料包括高分子聚合物；所述第二材料区的材料和所述第三材料区的材料均包括无机粒子，其中，所述第二材料区中所述无机粒子的质量百分含量为90％或以上；和/或所述第三材料区中所述无机粒子的质量百分含量为90％或以上。本申请提供的复合隔膜整体具有高破膜温度，且隔膜两端的边缘区域具有低热收缩率和高耐穿刺性。收缩率和高耐穿刺性。收缩率和高耐穿刺性。

【技术实现步骤摘要】
复合隔膜、电化学装置和终端设备


[0001]本申请属于电池隔膜
，尤其涉及一种复合隔膜，一种电化学装置以及一种终端设备。

技术介绍

[0002]随着电动汽车、智能终端和电子移动装置的发展，锂离子电池成为电子产品和新能源汽车行业最重要的器件之一。隔膜作为分隔部件，用于将电池正负极隔离。作为锂离子电池五大主材之一，隔膜在电池安全中扮演中重要的角色。当前最常用的隔膜为聚乙烯隔膜，该隔膜的热收缩率通常为MD＞10％(130℃/1h)，TD＞10％(130℃/1h)；且该隔膜的破膜温度通常＜160℃。所以，当电池在高温条件下工作时，隔膜受热熔融且收缩严重。隔膜的破损，导致电池的正极和负极直接接触，促发了电池内部的严重短路，电池发生热失控。
[0003]为提升隔膜的热稳定性，隔膜基材的表面通常涂覆涂层，该涂层通常为无机陶瓷层(氧化硅、氧化铝和氧化镁等)、有机高分子粘性涂层(PVDF和PMMA等)或有机耐高温高分子涂层(PI和芳纶层等)。无机陶瓷层和有机耐高温高分子涂层用以提高隔膜基材的热稳定性，满足相关产品在高温应用场景中的可靠性和安全性，防止电池起火燃烧甚至爆炸。有机高分子粘性涂层，用以改善和电极片的界面粘结性，提升电池整体硬度和强度，防止电芯变形，保证了电芯可靠性和安全性。但是，高分子材料如芳纶在高温下，高分子链的运动单元由之前的键长、键角转变为链段，分子链的运动加速，使得芳纶分子发生卷曲，导致热收缩偏高，该涂层的热收缩率达到6％(130℃/1h)甚至以上。因此，隔膜基材表面形成有机高分子粘性涂层的电池，在受热时隔膜易收缩导致电池头尾两端的内短路，该内短路发热严重会导致电池的大规模热失控。而且，高分子的穿刺强度较低，电池头尾处极片的毛刺极容易刺穿隔膜而使电池内部产生微短路，从而引发电池内部自放电。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种复合隔膜及其制备方法，以及含有上述复合隔膜的电化学装置和终端设备，旨在解决现有的电池隔膜中，隔膜基材表面的芳纶层热收缩率较高，且穿刺强度较低，增加电池头尾两端内短路和微短路风险，影响电池性能的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0006]本申请第一方面提供一种复合隔膜，包括隔膜基材，以及覆盖所述隔膜基材的一表面的薄膜，所述薄膜为多孔薄膜；
[0007]所述薄膜包括第一材料区、第二材料区和第三材料区，且所述第二材料区与所述第三材料区分设于所述第一材料区的两侧，并均与所述第一材料区相接；
[0008]所述第一材料区的材料包括高分子聚合物，且所述高分子聚合物的含量为所述第一材料区的材料总质量的30％或以上，所述第一材料区的破膜温度大于260℃；
[0009]所述第二材料区的材料和所述第三材料区的材料均包括无机粒子；
[0010]其中，以所述第二材料区的总质量为100％计，所述无机粒子的质量百分含量为
90％或以上，所述第二材料区的破膜温度大于160℃，所述第二材料区的热收缩率小于3％@130℃1h；和/或
[0011]以所述第三材料区的总质量为100％计，所述无机粒子的质量百分含量为90％或以上，所述第三材料区的破膜温度大于160℃，所述第三材料区的热收缩率小于3％@130℃1h。
[0012]本申请提供的复合隔膜，在隔膜基材表面设置薄膜，并在隔膜的不同区域形成不同的材料层。具体的，本申请薄膜的第一材料区即中间段区域含有含量高于30％或以上，且破膜温度大于260℃；同时，薄膜的第二材料区和第三材料区即薄膜两端区域的材料包括无机粒子，无机粒子有利于降低对应区域的热收缩率和提高对应区域的硬度。当第二材料区和/或第三材料区的无机粒子的质量百分含量为90％或以上，对应区域(第二材料区和/或第三材料区)的热收缩率小于3％@130℃1h。此外，所述第二材料区和所述第三材料区的破膜温度均大于160℃，从而使隔膜基材表面的薄膜整体具有良好的破膜温度。具有该特征的隔膜用于电池时，电池整体具有良好的耐热性能，不仅如此，由于电池头尾两端的隔膜热收缩率降低，可以降低电池头尾两端的内短路风险，特别是当头尾两端的隔膜表层薄膜中的无机粒子的质量百分含量均为90％或以上时，电池头尾两端的内短路风险可以显著减低，进而防止电池的大规模热失控；同时，电池头尾两端至少一端的隔膜具有良好的穿刺强度，从而减低由于电池头尾处极片残留的毛刺刺穿薄膜的风险，进而电池头尾两端的微短路概率，特别是当头尾两端的隔膜表层薄膜中的无机粒子的质量百分含量均为90％或以上时，可以显著降低电池内部的自放电风险。综上，含有该隔膜的电池，头尾两端的隔膜即便在高温条件下，仍能保持其完整性和强度，进而减少了电池在机械滥用或者热滥用(如高温)场景下由于隔膜发生热收缩、热破膜或毛刺及异物导致的电池短路风险，提高了电池的安全性能。
[0013]作为本申请复合隔膜的一种可能的实施情形，所述无机粒子的中值粒径即D50小于0.5μm。在这种情形下，第二材料区和第三材料区中的无机粒子中小颗粒较多，整体颗粒度较小，对应的薄膜区域致密度高，有利于提高对应区域的膜层耐穿刺性。在一些可能的实施方式中，所述无机粒子的中值粒径即D50为0.1
‑
0.3μm，此时，第二材料区和第三材料区中的无机粒子不仅小颗粒较多，而且均匀度较高，形成的膜层致密程度越高，具有高耐穿刺性和低热收缩率。
[0014]作为本申请复合隔膜的一种可能的实施情形，组成所述第二材料区的所述无机粒子中，粒径为0.05～0.3μm的小颗粒占所述无机粒子总质量的80％或以上。
[0015]作为本申请复合隔膜的一种可能的实施情形，组成所述第三材料区的所述无机粒子中，粒径为0.05～0.3μm的小颗粒占所述无机粒子总质量的80％或以上。
[0016]作为本申请复合隔膜的一种可能的实施情形，组成所述第二材料区的所述无机粒子中，粒径为0.05～0.3μm的小颗粒占所述无机粒子总质量的80％或以上；且组成所述第三材料区的所述无机粒子中，粒径为0.05～0.3μm的小颗粒占所述无机粒子总质量的80％或以上。
[0017]当第二材料区的无机粒子和/或第三材料区的无机粒子满足上述情形时，由于无机粒子的粒度小且均匀度高，有利于形成平整度高、且铅笔硬度高的致密膜层，由此得到致密度和平整度高，且耐穿刺性好的第二材料区和/或第三材料区。将该隔膜用于电池时，将
第二材料区和第三材料区设置在电池头尾两端，可以有效降低电池头尾两端中至少一端的热收缩率，并提高其耐穿刺性，从而改善电池的电化学性能和安全性能。
[0018]作为本申请复合隔膜的一种可能的实施情形，所述第二材料区和所述第三材料区中，从靠近所述第一材料区向远离所述第一材料区的方向，所述无机粒子的含量逐渐增加。在这种情形下，越靠近隔膜端部，无机粒子的含量越高，最边缘处的无机粒子含量最高，因此，最边缘处薄膜卷曲的风险最低，通过最大程度降低边缘区域的低热收缩率可以降低薄膜整体的热收缩率；同时，第二材料区和第三材料区靠近第一材料区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合隔膜，其特征在于，包括隔膜基材，以及覆盖所述隔膜基材的一表面的薄膜，所述薄膜为多孔薄膜；所述薄膜包括第一材料区、第二材料区和第三材料区，且所述第二材料区与所述第三材料区分设于所述第一材料区的两侧，并均与所述第一材料区相接；所述第一材料区的材料包括高分子聚合物，且所述高分子聚合物的含量为所述第一材料区的材料总质量的30％或以上，所述第一材料区的破膜温度大于260℃；所述第二材料区的材料和所述第三材料区的材料均包括无机粒子；其中，以所述第二材料区的总质量为100％计，所述无机粒子的质量百分含量为90％或以上，所述第二材料区的破膜温度大于160℃，所述第二材料区的热收缩率小于3％@130℃1h；和/或以所述第三材料区的总质量为100％计，所述无机粒子的质量百分含量为90％或以上，所述第三材料区的破膜温度大于160℃，所述第三材料区的热收缩率小于3％@130℃1h。2.如权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述无机粒子的中值粒径小于0.5μm。3.如权利要求2所述的复合隔膜，其特征在于，所述第二材料区的所述无机粒子中，粒径为0.05～0.3μm的小颗粒占所述无机粒子总质量的80％或以上；和/或所述第三材料区的所述无机粒子中，粒径为0.05～0.3μm的小颗粒占所述无机粒子总质量的80％或以上。4.如权利要求1至3任一项所述的复合隔膜，其特征在于，所述第二材料区的材料，还包括耐受160℃高温的第一粘结剂，且所述第一粘结剂的质量为所述第二材料区的材料总质量的0～5％。5.如权利要求4所述的复合隔膜，其特征在于，所述第一粘结剂独立地选自聚偏氟乙烯、聚六氟丙烯、偏氟乙烯
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六氟丙烯的共聚物、偏氟乙烯
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三氯乙烯的共聚物、聚乙烯
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乙酸乙烯的共聚物、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、有机硅胶黏剂、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、环氧胶、甲基丙烯酸
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甲基丙烯酸甲酯
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马来酸酐三元共聚物、甲基丙烯酸
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甲基丙烯酸甲酯
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乙烯基咔唑三元共聚物以及聚酰亚胺衍生物中的一种或几种。6.如权利要求1至3任一项所述的复合隔膜，其特征在于，所述第三材料区的材料，还包括耐受160℃高温的第二粘结剂，且所述第二粘结剂的质量为所述第三材料区的材料总质量的0～5％。7.如权利要求6所述的复合隔膜，其特征在于，所述第二粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚六氟丙烯、偏氟乙烯
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六氟丙烯的共聚物、偏氟乙烯
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三氯乙烯的共聚物、聚乙烯
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乙酸乙烯的共聚物、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、有机硅胶黏剂、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、环氧胶、甲基丙烯酸
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甲基丙烯酸甲酯
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马来酸酐三元共聚物、甲基丙烯酸
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【专利技术属性】
技术研发人员：阳东方，李枝贤，孙泽蒙，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：