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，隔离膜包括多孔基材和设置在多孔基材的至少一个表面上的涂层，涂层包括三维骨架结构和具有多孔结构的填料，具有多孔结构的填料中的至少一部分填充在三维骨架结构中。骨架结构中。骨架结构中。

【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]本申请涉及一种隔离膜、其制备方法及其相关的二次电池和用电装置。

技术介绍

[0002]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，其可靠性问题，特别是热稳定性问题受到越来越多的关注。然而，目前用于提升二次电池热稳定性的方式往往不利于平衡二次电池的电化学性能。因此，如何使二次电池兼顾高热稳定性和良好的电化学性能是二次电池设计的关键挑战所在。

技术实现思路

[0003]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，其能使二次电池兼顾高热稳定性、长循环寿命和良好的动力学性能。
[0004]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具有多孔结构的填料，所述具有多孔结构的填料中的至少一部分填充在所述三维骨架结构中。
[0005]通过在隔离膜多孔基材表面上设置包括三维骨架结构和具有多孔结构的填料的涂层，并使具有多孔结构的填料中的至少一部分填充在三维骨架结构中，能够使隔离膜兼顾高耐热性、高粘结性、高离子导通率和良好的电解液浸润和保持特性，进而还能够使二次电池兼顾高热稳定性、长循环寿命和良好的动力学性能。
[0006]在本申请的任意实施例中，所述具有多孔结构的填料的体积分布粒径Dv50记为d1，单位为nm，构成所述三维骨架结构的材料的平均直径记为D1，单位为nm，构成所述三维骨架结构的材料的平均长度记为L1，单位为nm，则且且通过调节和在上述范围内，有利于具有多孔结构的填料和三维骨架结构搭接形成一体化效果，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、粘结性和离子导通率，还能够进一步提升二次电池的热稳定性、循环性能和动力学性能。
[0007]在本申请的任意实施例中，可选地，可选地，
[0008]在本申请的任意实施例中，可选地，
[0009]由此能够更好地提升隔离膜的耐热性、粘结性和离子导通率，还能够使二次电池更好地兼顾热稳定性、循环性能和动力学性能。
[0010]在本申请的任意实施例中，所述具有多孔结构的填料的体积分布粒径Dv50记为d1，d1为200nm至1500nm，可选为500nm至1200nm。具有多孔结构的填料的体积分布粒径Dv50较小，有利于填充在三维骨架结构中，并形成嵌套效果，从而有助于增加隔离膜的耐热性、
粘结性和离子导通率。
[0011]在本申请的任意实施例中，构成所述三维骨架结构的材料的平均直径记为D1，D1小于等于40nm，可选为5nm至35nm。当构成三维骨架结构的材料的平均直径在上述范围内时，能够进一步提升隔离膜的离子导通率和耐电压击穿特性，同时还有助于与具有多孔结构的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。
[0012]在本申请的任意实施例中，构成所述三维骨架结构的材料的平均长度记为L1，L1为300nm至3000nm，可选为400nm至2500nm。当构成三维骨架结构的材料的平均长度在上述范围内时，能够进一步提升隔离膜的耐热性和离子导通率。
[0013]在本申请的任意实施例中，所述具有多孔结构的填料的平均孔径为0.1nm至1.5nm，可选为0.3nm至1.0nm。具有多孔结构的填料的平均孔径在上述范围内时，可以提升涂层的离子导通率以及对电解液的浸润和保持特性，从而有助于进一步提升二次电池的循环性能和动力学性能。
[0014]在本申请的任意实施例中，所述具有多孔结构的填料的真密度为1.0g/cm3至2.0g/cm3，可选为1.2g/cm3至1.7g/cm3。具有多孔结构的填料的真密度在上述范围内时，可以提升涂层的离子导通率以及对电解液的浸润和保持特性，从而有助于进一步提升二次电池的循环性能和动力学性能。
[0015]在本申请的任意实施例中，所述具有多孔结构的填料在30000N下的粉体压实密度为0.3g/cm3至1.5g/cm3，可选为0.5g/cm3至1.0g/cm3。具有多孔结构的填料的粉体压实密度在上述范围内时，可以提升涂层的离子导通率以及对电解液的浸润和保持特性，从而有助于进一步提升二次电池的循环性能和动力学性能。
[0016]在本申请的任意实施例中，所述具有多孔结构的填料的比表面积为700m2/g至3000m2/g，可选为800m2/g至2500m2/g。具有多孔结构的填料的比表面积在上述范围内时，与三维骨架结构的亲和性更好，可以在较少粘结剂用量的前提下提升粘结效果，从而有效降低粘结剂堵孔的风险，提升二次电池的循环性能和动力学性能。
[0017]在本申请的任意实施例中，所述具有多孔结构的填料包括无机多孔颗粒、有机多孔颗粒中的至少一种。
[0018]在本申请的任意实施例中，所述无机多孔颗粒包括多孔三氧化二铝、多孔二氧化硅、多孔二氧化锆、多孔二氧化钛、多孔氧化锌、多孔氧化镁、多孔碳酸钙、分子筛、沸石、及其各自的改性材料中的至少一种。
[0019]在本申请的任意实施例中，所述有机多孔颗粒包括多孔聚合物材料、共价有机框架材料、金属有机框架材料、及其各自的改性材料中的至少一种。
[0020]在本申请的任意实施例中，所述具有多孔结构的填料的含量为50wt％至97wt％，可选为63wt％至93wt％，基于所述涂层的总重量计。具有多孔结构的填料的含量在上述范围时，可以进一步改善隔离膜的耐热性、离子导通率以及对电解液的浸润和保持特性。
[0021]在本申请的任意实施例中，所述三维骨架结构的含量为1wt％至48wt％，可选为5wt％至35wt％，基于所述涂层的总重量计。
[0022]在本申请的任意实施例中，构成所述三维骨架结构的材料包括线状物、棒状物、管状物和杆状物中的至少一种。合适形状的材料有利于三维骨架结构与具有多孔结构的填料形成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、离子导通率以及对电
解液的浸润和保持特性。
[0023]在本申请的任意实施例中，构成所述三维骨架结构的材料的长径比为5至150，可选为30至95。当构成三维骨架结构的材料的长径比在上述范围内时，能够进一步提升隔离膜的离子导通率以及对电解液的浸润和保持特性。
[0024]在本申请的任意实施例中，构成所述三维骨架结构的材料包括有机材料和无机材料中的至少一种。
[0025]在本申请的任意实施例中，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。
[0026]在本申请的任意实施例中，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。
[0027]在本申请的任意实施例中，构成本文档来自技高网...

【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具有多孔结构的填料，所述具有多孔结构的填料中的至少一部分填充在所述三维骨架结构中。2.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述具有多孔结构的填料的体积分布粒径Dv50记为d1，单位为nm，构成所述三维骨架结构的材料的平均直径记为D1，单位为nm，构成所述三维骨架结构的材料的平均长度记为L1，单位为nm，则0<D1/(d1/√6)≤1且0<d1/(L1/√2)≤1。3.根据权利要求1或2所述的隔离膜，其中，0.02≤D1/(d1/√6)≤0.85，可选地，0.05≤D1/(d1/√6)≤0.65；和/或，0.04≤d1/(L1/√2)≤0.8，可选地，0.10≤d1/(L1/√2)≤0.7。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的隔离膜，其中，所述具有多孔结构的填料的体积分布粒径Dv50记为d1，d1为200nm至1500nm，可选为500nm至1200nm；和/或，构成所述三维骨架结构的材料的平均直径记为D1，D1小于等于40nm，可选为5nm至35nm；和/或，构成所述三维骨架结构的材料的平均长度记为L1，L1为300nm至3000nm，可选为400nm至2500nm。5.根据权利要求1
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4任一项所述的隔离膜，其中，所述具有多孔结构的填料满足如下条件(1)至(4)中的至少一者：(1)所述具有多孔结构的填料的平均孔径为0.1nm至1.5nm，可选为0.3nm至1.0nm；(2)所述具有多孔结构的填料的真密度为1.0g/cm3至2.0g/cm3，可选为1.2g/cm3至1.7g/cm3；(3)所述具有多孔结构的填料在30000N下的粉体压实密度为0.3g/cm3至1.5g/cm3，可选为0.5g/cm3至1.0g/cm3；(4)所述具有多孔结构的填料的比表面积为700m2/g至3000m2/g，可选为800m2/g至2500m2/g。6.根据权利要求1
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5任一项所述的隔离膜，其中，所述具有多孔结构的填料包括无机多孔颗粒、有机多孔颗粒中的至少一种；可选地，所述无机多孔颗粒包括多孔三氧化二铝、多孔二氧化硅、多孔二氧化锆、多孔二氧化钛、多孔氧化锌、多孔氧化镁、多孔碳酸钙、分子筛、沸石、及其各自的改性材料中的至少一种；可选地，所述有机多孔颗粒包括多孔聚合物材料、共价有机框架材料、金属有机框架材料、及其各自的改性材料中的至少一种。7.根据权利要求1
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6任一项所述的隔离膜，其中，所述具有多孔结构的填料的含量为50wt％至97wt％，可选为63wt％至93wt％，基于所述涂层的总重量计；和/或，所述三维骨架结构的含量为1wt％至48wt％，可选为5wt％至35wt％，基于所述涂层的总重量计。
8.根据权利要求1
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7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线状物、棒状物、管状物和杆状物中的至少一种。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长径比为5至150，可选为30至95。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...

【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：