CN105355824A - 动力电池隔膜、其制备方法及包括其的动力电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了动力电池隔膜、其制备方法及包括其的动力电池。该动力电池隔膜包括：隔膜本体，具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；以及位于第一表面上的第一改性层，和/或位于第二表面上的第二改性层；第一改性层、第二改性层分别包括基材和分散在基材中的相变胶囊；其中，相变胶囊具有核壳结构，相变胶囊的壳层中包括聚合物和分散在聚合物中的陶瓷颗粒，相变胶囊的核层中包括相变材料。上述动力电池隔膜的热性能较高，高温或者热失控下的隔膜失效几率较小，使用该隔膜能够显著提高动力电池的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，具体而言，涉及一种动力电池隔膜、其制备方法及包括其的动力电池。
背景技术
动力电池系统的安全性直接影响电动汽车的安全性。对于动力电池系统的安全性研究，从系统、模组及电芯层次都能进行控制，以最大程度的保证其安全性。电芯层次的安全性是整个电池系统的根源，尤其是动力电池隔膜，在发生热失控时能否有效切断电流对于防止安全事故的发生起着重要作用。
目前，商业化的锂离子动力电池中采用的是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的单层或者多层膜。由于聚烯烃微孔膜具备闭孔功能，即在一定温度下其微孔结构会发生自封闭从而切断电流。然而，由于隔膜原材料自身熔点温度较低(PE熔点约为130℃，PP熔点约为160℃)，使得其闭孔温度不会高于熔点温度。而且，闭孔的同时即意味着隔膜本身已经发生严重的收缩，无法阻止电池短路的进一步发生。因此，聚烯烃类隔膜的闭孔功能在电池内部温度较高或者热失控的情况下无法阻止短路发生，势必造成安全事故。
基于上述原因，有必要对聚烯烃类隔膜进行改性，使其能够在电池内部温度较高或者热失控的情况下仍旧发挥阻止短路的作用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种动力电池隔膜、其制备方法及包括其的动力电池，以解决现有技术中聚烯烃类隔膜在电池内部温度较高或者热失控的情况下容易发生功能失效的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种动力电池隔膜，其包括：隔膜本体，具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；以及位于第一表面上的第一改性层，和/或位于第二表面上的第二改性层；第一改性层、第二改性层分别包括基材和分散在基材中的相变胶囊；其中，相变胶囊具有核壳结构，相变胶囊的壳层中包括聚合物和分散在聚合物中的陶瓷颗粒，相变胶囊的核层中包括相变材料。
进一步地，按照重量份计，第一改性层、第二改性层中的相变胶囊各自独立地包括0.5～3份的陶瓷颗粒、6～10份的相变材料及2～6份的聚合物。
进一步地，相变胶囊的核层中还包括阻燃剂，其中，按照重量份计，阻燃剂为0.5～2份。
进一步地，阻燃剂为氯化石蜡。
进一步地，陶瓷颗粒为二氧化硅粒子，其中，陶瓷颗粒的粒径为400nm；相变材料选自相变石蜡和/或C12～C25的烷烃混合物，其中，相变石蜡为熔点25～62℃的石蜡，C12～C25的烷烃选自C12H26、C18H38、C15H32和C25H52中的一种或多种；聚合物的合成单体选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸丁酯中的至少一种,合成聚合物的交联剂选自二乙烯基苯或二甲基丙烯酸乙二醇酯。
进一步地，基材由粘结剂固化而成，其中，粘结剂选自PTFE粘结剂或SBR粘结剂。
进一步地，隔膜本体为聚烯烃隔膜，其中，聚烯烃隔膜选自PP/PE双层复合隔膜或PP/PE/PP三层复合隔膜。
根据本发明的另一方面，提供了一种动力电池隔膜的制备方法，其包括以下步骤：制备含有陶瓷颗粒、相变材料、聚合物的合成单体、交联剂以及引发剂的Pickering乳液；使Pickering乳液中的合成单体聚合，形成聚合物后，干燥乳液，得到相变胶囊；将相变胶囊和用于形成基材的粘结剂混合，形成待固化料液；将待固化料液涂覆在隔膜本体的第一表面和/或第二表面上，经固化处理后，形成第一改性层和/或第二改性层，进而得到动力电池隔膜。
进一步地，制备Pickering乳液的步骤包括：将陶瓷颗粒分散在水中，形成水相；将相变材料、合成单体、交联剂及引发剂混合后，加热至熔融状态，形成油相；将水相和油相混合后，搅拌，形成Pickering乳液。
进一步地，使Pickering乳液中的合成单体聚合之前，还包括向Pickering乳液中加入乳化剂的步骤，其中，乳化剂选自脂肪酸盐、松香酸盐、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐或烷基芳基磺酸盐。
进一步地，脂肪酸盐为硬脂酸钠，松香酸盐为歧化松香酸钠，烷基硫酸盐为十二醇硫酸钠，烷基磺酸盐为十六烷基磺酸钠。
进一步地，将相变材料、合成单体、交联剂及引发剂混合的步骤中，进一步包括加入阻燃剂的过程。
进一步地，使Pickering乳液中的合成单体聚合的过程中，聚合时间为8～10h，聚合温度为50～85℃。
根据本发明的又一个方面，提供了一种动力电池，包括电池隔膜，其中，电池隔膜为上述的动力电池隔膜。
本发明提供的上述动力电池隔膜中，在隔膜本体的表面上涂覆了改性层，该改性层包括基材和分散在基材中的相变胶囊。其中，相变胶囊具有核壳结构，其壳层中包括聚合物和分散在聚合物中的陶瓷颗粒，核层中包括相变材料。相变材料能够在动力电池充放电过程中吸收热量，以降低大功率电池的内部温度，同时起到热缓冲的作用，以防止隔膜本体在温度骤升时易发生的功能失效。同时，陶瓷颗粒具有较高的耐高温性能，能够有效改善电池隔膜的耐高温性能，使其在长期的充放电循环过程中更耐电势氧化。同时，陶瓷颗粒还能够在电池内部温度较高或者热失控的情况下阻止隔膜本体的过度收缩，使其在切断电流、防止短路后仍旧保持可收缩功能。以上两方面的因素均能够提高隔膜的热性能，有利于防止高温或者热失控引起的隔膜失效，提高动力电池的安全性。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术中所描述的，现有技术中聚烯烃类隔膜在电池内部温度较高或者热失控的情况下无法发挥阻止短路的作用，容易发生功能失效。为了解决这一问题，本发明提供了一种动力电池隔膜，其包括：隔膜本体，具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；以及位于第一表面上的第一改性层，和/或位于第二表面上的第二改性层；第一改性层、第二改性层分别包括基材和分散在基材中的相变胶囊；其中，相变胶囊具有核壳结构，相变胶囊的壳层中包括聚合物和分散在聚合物中的陶瓷颗粒，相变胶囊的核层中包括相变材料。
本发明提供的上述动力电池隔膜中，在隔膜本体的表面上涂覆了改性层，该改性层包括基材和分散在基材中的相变胶囊。其中，相变胶囊具有核壳结构，其壳层中包括聚合物和分散在聚合物中的陶瓷颗粒，核层中包括相变材料(即热相转变材料)。相变材料能够在动力电池充放电过程中吸收热量，以降低大功率电池的内部温度，同时起到热缓冲的作用，以防止隔膜本体在温度骤升时易发生的功能失效。同时，陶瓷颗粒具有较高的耐高温性能，能够有效改善电池隔膜的耐高温性能，使其在长期的充放电循环过程中更耐电势氧化。同时，陶瓷颗粒还能够在电池内部温度较高或者热失控的情况下阻止隔膜本体的过度收缩，使其在切断电流、防止短路后仍旧保持可收缩功能。以上两方面的因素均能够提高隔膜的热性能，有利于防止高温或者热失控引起的隔膜失效，提高动力电池的使用寿命。此外，将陶瓷颗粒分散在相变胶囊的壳层聚合物中，能够使其更稳定地存在于隔膜本体的表面。将相变材料包覆在壳层聚合物内部，同样有利于提高相变材料的稳定性。总之，具有上述特殊结构的相变胶囊能够发挥更稳定的吸热、热缓冲及耐高温性能，从而进一步提高电池隔膜的稳定性，提高动力电池的安全性，减少大功率充放电时的安全隐患。
本发明提供的上述动力电池隔膜中，改性层中的相变胶囊只要具有上述核壳结构，含有上述几种材料，就能够有效改善隔膜的耐高温性能和热缓冲性能，使其在高温条件或热失控条件下保持隔膜功能。在一种优选的实施方式中，按照重量份计，上述第一改性层、第二改性层中的相变胶囊各自独立地包括0.5～3份的陶瓷颗粒、6～10份的相变材料及2～6份的聚合物。将相变胶囊中各组分的用量关系控制在上述范围内，能够是相变胶囊具有更稳定的核壳结构，以提高电池隔膜的稳定性。同时，有利于平衡各组分的功能，使隔膜的耐高温性能和热缓冲性能更高，提高动力电池的安全性。
上述动力电池隔膜中，相变胶囊只要具有上述核壳结构，含有上述几种材料，就能够有效改善隔膜的耐高温性能和热缓冲性能，提高其使用寿命。在一种优选的实施方式中，相变胶囊的核层中还包括阻燃剂。添加阻燃剂，能够提高电池隔膜的阻燃性能，使其即使在热失控时，起到一定的阻燃作用。其中，按照重量份计，阻燃剂为0.5～2份。更优选地，阻燃剂包括但不限于氯化石蜡。氯化石蜡与相变材料的相容性更高，使用其有利于提高相变胶囊的稳定性。
根据本发明上述的教导，本领域技术人员可以选自具体的材料种类。优选地，陶瓷颗粒包括但不限于二氧化硅粒子。二氧化硅粒子具有较好的耐高温性能。优选地，二氧化硅粒子为表面改性的二氧化硅粒子，其与聚合物的相容性更高，能够进一步提高相变胶囊的稳定性，从而提高电池隔膜的整体热性能。上述表面改性的方法可以采用本领域的常规工艺，具体地，改性工艺如下：将二氧化硅超生分散在乙醇中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，室温搅拌5h。温度升至80℃，冷凝回流2h。离心分离，用乙醇洗涤，干燥即可制得改性二氧化硅粒子。更优选地，陶瓷颗粒的粒径为400nm。
优选地，相变材料选自相变石蜡和/或C12～C25的烷烃的混合物，其中，相变石蜡为熔点25～62℃的石蜡，C12～C25的烷烃选自C12H26、C18H38、C15H32和C25H52中的一种或多种。上述相变材料均具有良好的热相转变性能，且在相转变过程中的吸热值较高。同时，这些相变材料与壳层的相容性较好，能够与其形成稳定的界面，从而有利于进一步提高相变胶囊的热性能。总之，使用上述几种相变材料能够进一步改善隔膜的耐高温、吸热及热缓冲性能。
优选地，聚合物的合成单体包括但不限于苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸丁酯中的至少一种；合成聚合物的交联剂选自二乙烯基苯或二甲基丙烯酸乙二醇酯。选用这几种合成单体和交联剂，聚合后得到的聚合物本身具有较高的热稳定性。且与陶瓷颗粒及内部的相变材料均具有良好的相容性，使得陶瓷颗粒能够更均匀地分散在聚合物中，同时使相变材料更稳定地包覆在聚合物的内部。此外，这些合成单体聚合形成的聚合物与改性层中的基材也具有更好的相容性，有利于提高相变胶囊在基材中的分散性能，从而使隔膜不同位置的热性能更加稳定均一，以进一步提高隔膜的使用性能和安全性。优选合成单体为苯乙烯和二乙烯基苯，更优选苯乙烯和二乙烯基苯的重量比为3:1。
上述改性层中，使用的基材只要能够稳定覆盖在隔膜本体的表面上即可。在一种优选的实施方式中，基材由粘结剂固化而成，其中，粘结剂选自PTFE粘结剂或SBR粘结剂。使用粘结剂，使相变材料分散于粘结剂后，涂覆在隔膜本体的表面上，经固化即可形成上述改性层。这有利于提高改性层的加工性能，且能够更好地控制改性层的厚度。而使用上述几种粘结剂，形成的基材具有更佳的热稳定性，且其与相变胶囊具有更好的相容性，从而能够进一步改善隔膜的热性能，提高其使用安全性。
上述动力电池隔膜中，采用的隔膜本体可以是本领域常用的电池隔膜。在一种优选的实施方式中，隔膜本体选自聚烯烃隔膜，其中，聚烯烃隔膜选自PP/PE双层复合隔膜或PP/PE/PP三层复合隔膜。
另外，本发明还提供了一种动力电池隔膜的制备方法，其包括以下步骤：制备含有陶瓷颗粒、相变材料、聚合物的合成单体、交联剂以及引发剂的Pickering乳液；使Pickering乳液中的合成单体聚合，形成聚合物后，干燥乳液，得到相变胶囊；将相变胶囊和用于形成基材的粘结剂混合，形成待固化料液；将待固化料液涂覆在隔膜本体的第一表面和/或第二表面上，经固化处理后，形成第一改性层和/或第二改性层，进而得到动力电池隔膜。
本发明提供的上述制备方法中，先制备了含有陶瓷颗粒、相变材料、聚合物的合成单体以及引发剂的Pickering乳液；待Pickering乳液中的合成单体聚合，形成聚合物后，即可生成具有核壳结构的相变胶囊。其中壳层中包括聚合物和分散在聚合物中的陶瓷颗粒，核层中包括相变材料。将相变胶囊和用于形成基材的粘结剂混合后，涂覆在隔膜本体的第一表面和/或第二表面上，经固化后即可在隔膜本体的表面上形成第一改性层和/或第二改性层。
上述方法制备的动力电池隔膜中，相变材料能够在动力电池充放电过程中吸收热量，以降低大功率电池的内部温度，同时起到热缓冲的作用，以防止隔膜本体在温度骤升时易发生的功能失效。同时，陶瓷颗粒具有较高的耐高温性能，能够有效改善电池隔膜的耐高温性能，使其在长期的充放电循环过程中更耐电势氧化。同时，陶瓷颗粒还能够在电池内部温度较高或者热失控的情况下阻止隔膜本体的过度收缩，使其在切断电流、防止短路后仍旧保持可收缩功能。以上两方面的因素均能够提高隔膜的热性能，有利于防止高温或者热失控引起的隔膜失效，提高动力电池的使用安全性。此外，将陶瓷颗粒分散在相变胶囊的壳层聚合物中，能够使其更稳定地存在于隔膜本体的表面。将相变材料包覆在壳层聚合物内部，同样有利于提高相变材料的稳定性。总之，具有上述特殊结构的相变胶囊能够发挥更稳定的吸热、热缓冲及耐高温性能，从而进一步提高电池隔膜的稳定性，提高动力电池的安全性。
上述制备方法中，Pickering乳液的制备工艺可以是本领域的常规工艺。在一种优选的实施方式中，制备Pickering乳液的步骤包括：将陶瓷颗粒分散在水中，形成水相；将相变材料、合成单体、交联剂及引发剂混合后，加热至熔融状态，形成油相；将水相和油相混合后，搅拌，形成Pickering乳液。
将陶瓷颗粒分散在水中，形成水相，后与含有相变材料、合成单体、交联剂及引发剂的油相混合后，在搅拌的条件下即可形成Pickering乳液。此时陶瓷颗粒分布在水油界面处，待后期聚合过程中，会分散在聚合物中进而形成相变胶囊的壳层。优选地，混合水相和油相后对混合物进行高速搅拌(搅拌速度不低于5000rar/min)。更优选地，使Pickering乳液中的合成单体聚合之前，还包括向Pickering乳液中加入乳化剂的步骤。加入该高分子表面活性剂，能够是Pickering乳液更加稳定，从而有利于提高后期聚合过程的稳定性，从而提高相变胶囊的尺寸均一性和结构完整性。优选乳化剂选自脂肪酸盐、松香酸盐、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐或烷基芳基磺酸盐；更优选地，脂肪酸盐为硬脂酸钠，松香酸盐为歧化松香酸钠，烷基硫酸盐为十二醇硫酸钠，烷基磺酸盐为十六烷基磺酸钠。
上述制备方法中，Pickering乳液中只要含有上述几种材料，即可得到耐高温性、吸热、热缓冲性良好的相变胶囊。在一种优选的实施方式中，将相变材料、合成单体及引发剂混合的步骤中，进一步加入阻燃剂。
此外，在聚合过程中，选用的引发剂可以根据合成单体的种类进行选择，比如可以选择偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰等。优选地，当选用苯乙烯作为合成单体时，二乙烯基苯作为交联剂时，以偶氮二异丁腈作为引发剂。
在一种优选的实施方式中，使Pickering乳液中的合成单体聚合的过程中，聚合时间为8～10h，聚合温度为50～85℃。在上述工艺条件下聚合，能够提高相变胶囊的结构完整性和尺寸均一性。
此外，在将相变胶囊和用于形成基材的粘结剂混合，形成待固化料液的过程中，本领域技术人员可以根据具体的工艺和需求选择二者的用量比。更优选地，相变胶囊与粘结剂的重量比为1:10。
根据本发明的另一方面，还提供了一种动力电池，包括电池隔膜，其中电池隔膜即为本发明上述动力电池隔膜。
本发明上述的动力电池隔膜，因其相变胶囊独特的核壳结构和材料组成，使其具有良好的吸热性能和热缓冲性能。这就能够是隔膜在动力电池充放电过程中吸收热量，以降低大功率电池的内部温度，同时防止隔膜本体在温度骤升时易发生的功能失效。同时，该隔膜还具有良好的耐高温性能，使其在长期的充放电循环过程中更耐电势氧化。还能够在电池内部温度较高或者热失控的情况下阻止隔膜本体的过度收缩，使其在切断电流、防止短路后仍旧保持可收缩功能。以上两方面的因素均能够提高隔膜的热性能，有利于防止高温或者热失控引起的隔膜失效，提高动力电池的安全性。此外，将陶瓷颗粒分散在相变胶囊的壳层聚合物中，能够使其更稳定地存在于隔膜本体的表面。将相变材料包覆在壳层聚合物内部，同样有利于提高相变材料的稳定性。总之，具有上述特殊结构的相变胶囊能够发挥更稳定的吸热、热缓冲及耐高温性能，从而进一步提高电池隔膜的稳定性，提高动力电池的安全性。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
二氧化硅表面处理：将1g二氧化硅粒子超声分散在50mL乙醇中，加入1gγ-氨丙基三乙氧基硅烷，室温搅拌5h。温度升至80℃，冷凝回流2h。离心分离，用乙醇洗涤，干燥备用。
将1g表面处理过的平均粒径为400nm的二氧化硅颗粒分散于100g水中，升温至70℃，该混合液作为水相。
将10g熔点为52℃的石蜡，3g的苯乙烯，1g的二乙烯基苯，0.5g的氯化石蜡，1g的偶氮二异丁腈混合后升温至70℃，形成熔融状态的油相。
将油相和水相混合后，进行高速搅拌10min，搅拌速度不低于5000rar/min。得到Pickering乳液。
将乳化剂1gSDS加入乳液，在80℃下恒温聚合8h，即可得到相变胶囊。
将2g相变胶囊与20g粘结剂PTFE混合后，对PP/PE/PP三层复合隔膜的两侧进行涂覆，固化后，得到动力电池隔膜。
实施例2
将0.5g表面处理过的平均粒径为400nm的二氧化硅颗粒(处理方法同实施例1)分散于100g水中，升温至70℃，该混合液作为水相。
将.6g熔点为52℃的石蜡，1g的苯乙烯，1g的二乙烯基苯，1g的氯化石蜡，0.06g的偶氮二异丁腈混合后升温至70℃，形成熔融状态的油相。
将油相和水相混合后，进行高速搅拌10min，搅拌速度不低于5000rar/min。得到Pickering乳液。
将1gSDS加入乳液，在70℃下恒温聚合10h，即可得到相变胶囊。
将2g相变胶囊与20g粘结剂PTFE混合后，对PP/PE/PP三层复合隔膜的两侧进行涂覆，固化后，得到动力电池隔膜。
实施例3
将1g表面处理过的平均粒径为400nm的二氧化硅颗粒分散于100g水中，升温至70℃，该混合液作为水相。
将8g熔点为52℃的石蜡，3g的苯乙烯，0.2g的二乙烯基苯，0.5g的氯化石蜡，0.08g的偶氮二异丁腈混合后升温至70℃，形成熔融状态的油相。
将油相和水相混合后，进行高速搅拌10min，搅拌速度不低于5000rar/min。得到Pickering乳液。
将2gSDS加入乳液，在70℃下恒温聚合8h，即可得到相变胶囊。
将2g相变胶囊与20g粘结剂PTFE混合后，对PP/PE双层复合隔膜的两侧进行涂覆，固化后，得到动力电池隔膜。
实施例4
将3g表面处理过的平均粒径为400nm的二氧化硅颗粒(处理方法同实施例1)分散于100g水中，升温至70℃，该混合液作为水相。
将10g熔点为52℃的石蜡，4g的丙烯酸丁酯，2g的二甲基丙烯酸乙二醇酯，2g的氯化石蜡，1g的偶氮二异丁腈混合后升温至70℃，形成熔融状态的油相。
将油相和水相混合后，进行高速搅拌10min，搅拌速度不低于5000rar/min。得到Pickering乳液。
将2gSDS加入乳液，在70℃下恒温聚合8h，即可得到相变胶囊。
将2g相变胶囊与20g粘结剂PTFE混合后，对PP/PE双层复合隔膜的两侧进行涂覆，固化后，得到动力电池隔膜。
对比例1
以传统的PP/PE双层复合隔膜作为动力电池隔膜。
对比例2
以传统的PP/PE/PP三层复合隔膜作为动力电池隔膜。
对比例3
将8g熔点为52℃的石蜡，2g的苯乙烯，1g的二乙烯基苯，1g的偶氮二异丁腈混合后升温至70℃，形成熔融状态的油相。
86g水中加入2g乳化剂SDS，形成水相。
将油相和水相混合后，进行高速搅拌10min，搅拌速度不低于5000rar/min，得到乳液。
将乳液在70℃下恒温聚合7h，干燥后，即可得到相变胶囊。
将2g相变胶囊与粘结剂PTFE混合后，对PP/PE/PP三层复合隔膜的两侧进行涂覆，固化后，得到动力电池隔膜。
对比例4
将1g粒径为400nm的二氧化硅颗粒与粘结剂PTFE混合后，对PP/PE/PP三层复合隔膜的两侧进行涂覆，固化后，得到动力电池隔膜。
测试方法
将实施例1至4和对比例1至4中制得的动力电池隔膜进行测试对比。测试方法如下：
1.将隔膜固定在实验金属架上(用聚酰亚胺耐高温胶带固定)。
2.放置于200℃烘箱中，并开始计时。
3.观察烘箱内膜的变化情况，当膜开始变透明，记录时间1。
4.膜熔断时，记录时间2。测试结果如表1所示：
表1
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明提供的上述动力电池隔膜中，在隔膜本体的表面上涂覆了改性层，该改性层包括基材和分散在基材中的相变胶囊。其中，相变胶囊具有核壳结构，其壳层中包括聚合物和分散在聚合物中的陶瓷颗粒，核层中包括相变材料。相变材料能够在动力电池充放电过程中吸收热量，以降低大功率电池的内部温度，同时起到热缓冲的作用，以防止隔膜本体在温度骤升时易发生的功能失效。同时，陶瓷颗粒具有较高的耐高温性能，能够有效改善电池隔膜的耐高温性能，使其在长期的充放电循环过程中更耐电势氧化。同时，陶瓷颗粒还能够在电池内部温度较高或者热失控的情况下阻止隔膜本体的过度收缩，使其在切断电流、防止短路后仍旧保持可收缩功能。以上两方面的因素均能够提高隔膜的热性能，有利于防止高温或者热失控引起的隔膜失效，提高动力电池的安全性。此外，将陶瓷颗粒分散在相变胶囊的壳层聚合物中，能够使其更稳定地存在于隔膜本体的表面。将相变材料包覆在壳层聚合物内部，同样有利于提高相变材料的稳定性。总之，具有上述特殊结构的相变胶囊能够发挥更稳定的吸热、热缓冲及耐高温性能，从而进一步提高电池隔膜的稳定性，提高动力电池的安全性，减少大功率充放电时的安全隐患。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种动力电池隔膜，其特征在于，包括：
隔膜本体，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；以及
位于所述第一表面上的第一改性层，和/或位于所述第二表面上的第二改性层；所述第一改性层、所述第二改性层分别包括基材和分散在所述基材中的相变胶囊；
其中，所述相变胶囊具有核壳结构；所述相变胶囊的壳层中包括聚合物和分散在所述聚合物中的陶瓷颗粒，所述相变胶囊的核层中包括相变材料。
2.根据权利要求1所述的动力电池隔膜，其特征在于，按照重量份计，所述第一改性层、所述第二改性层中的所述相变胶囊各自独立地包括0.5～3份的所述陶瓷颗粒、6～10份的所述相变材料及2～6份的所述聚合物。
3.根据权利要求2所述的动力电池隔膜，其特征在于，所述相变胶囊的所述核层中还包括阻燃剂，其中，按照重量份计，所述阻燃剂为0.5～2份。
4.根据权利要求3所述的动力电池隔膜，其特征在于，所述阻燃剂为氯化石蜡。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的动力电池隔膜，其特征在于，
所述陶瓷颗粒为二氧化硅粒子，其中，所述陶瓷颗粒的粒径为400nm；
所述相变材料选自相变石蜡和/或C12～C25的烷烃混合物，其中，所述相变石蜡为熔点25～62℃的石蜡，所述C12～C25的烷烃选自C12H26、C18H38、C15H32和C25H52中的一种或多种；
所述聚合物的合成单体选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸丁酯中的至少一种,合成所述聚合物的交联剂选自二乙烯基苯或二甲基丙烯酸乙二醇酯。
6.根据权利要求5所述的动力电池隔膜，其特征在于，所述基材由粘结剂固化而成，其中，所述粘结剂选自PTFE粘结剂或SBR粘结剂。
7.根据权利要求1所述的动力电池隔膜，其特征在于，所述隔膜本体为聚烯烃隔膜，其中，所述聚烯烃隔膜选自PP/PE双层复合隔膜或PP/PE/PP三层复合隔膜。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的动力电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备含有陶瓷颗粒、相变材料、聚合物的合成单体、交联剂以及引发剂的Pickering乳液；
使所述Pickering乳液中的所述合成单体聚合，形成所述聚合物后，干燥乳液，得到相变胶囊；
将所述相变胶囊和用于形成基材的粘结剂混合，形成待固化料液；
将所述待固化料液涂覆在隔膜本体的第一表面和/或第二表面上，经固化处理后，形成第一改性层和/或第二改性层，进而得到所述动力电池隔膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，制备所述Pickering乳液的步骤包括：
将所述陶瓷颗粒分散在水中，形成水相；
将所述相变材料、所述合成单体、所述交联剂及所述引发剂混合后，加热至熔融状态，形成油相；
将所述水相和所述油相混合后，搅拌，形成所述Pickering乳液。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，使所述Pickering乳液中的所述合成单体聚合之前，还包括向所述Pickering乳液中加入乳化剂的步骤，其中，所述乳化剂选自脂肪酸盐、松香酸盐、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐或烷基芳基磺酸盐。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸盐为硬脂酸钠，所述松香酸盐为歧化松香酸钠，所述烷基硫酸盐为十二醇硫酸钠，所述烷基磺酸盐为十六烷基磺酸钠。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将所述相变材料、所述合成单体、所述交联剂及所述引发剂混合的步骤中，进一步包括加入阻燃剂的过程。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的制备方法，其特征在于，使所述Pickering乳液中的所述合成单体聚合的过程中，聚合时间为8～10h，聚合温度为50～85℃。
14.一种动力电池，包括电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜为权利要求1至7中任一项所述的动力电池隔膜。
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