CN113785439B - 隔膜、电极组件、电池及电子装置 - Google Patents
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Abstract
一种隔膜(230)，包括隔膜基材(30)以及混合涂层(50)。混合涂层(50)设置于所述隔膜基材(30)的表面，混合涂层(50)包括发泡微球(51)以及粘结剂(52)。发泡微球(51)包括核(512)以及包覆核(512)的包覆层(514)；发泡微球(51)的核(512)为受热分解后产生二氧化碳、氮气以及一氧化碳中的至少一种无机气体的发泡剂。另外提供一种包括隔膜(230)的电极组件(20)、电池(100)以及电子装置(200)。
Description
技术领域
本申请涉及电池隔膜领域，尤其涉及一种隔膜、包括隔膜的电极组件、包括电极组件的电池及包括电池的电子装置。
背景技术
锂离子电池具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等优势，在消费电子领域具有广泛的应用。然而随着电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对电池的能量密度、功率密度、安全性、耐用性、循环性能等相关需求越来越高。
为了提高电池的能量密度，可以在电池中设置具有高粘结性能的隔膜，将正负极极片分别与隔膜紧密粘结，防止电池在充放电过程中发生形变而导致电池的电化学性能下降。
但当锂离子电池在使用过程中因各种滥用因素可能会导致短路，电池内部温度升高，由于正极极片和负极极片与隔膜紧密粘结，电池内部的电流难以及时阻断，可能会引起爆炸。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种在保证电池的能量密度的情况下，在一定温度内能完全阻断电池内部短路电流的隔膜。
另，还有必要提供一种包括隔膜的电极组件。
另，还有必要提供一种包括电极组件的电池。
另，还有必要提供一种包括电池的电子装置。
一种隔膜，包括隔膜基材以及混合涂层。混合涂层设置于隔膜基材的表面，混合涂层包括发泡微球以及粘结剂。发泡微球包括核以及包覆核的包覆层；发泡微球的核为受热分解后产生无机气体的发泡剂。
进一步地，所述无机气体包括二氧化碳、氮气以及一氧化碳中的至少一种。
进一步地，混合涂层还包括无机陶瓷颗粒。
进一步地，隔膜还包括陶瓷涂层。陶瓷涂层涂覆在所述隔膜基材的至少一个表面上。混合涂层位于陶瓷涂层上和/或未涂覆陶瓷涂层的隔膜基材的表面上。
进一步地，发泡微球的粒径D50为2μm-20μm，发泡微球占混合涂层总质量的10％-50％，粘结剂占混合涂层总质量的50％-90％，确保了混合涂层的粘结性能，从而保证电池的动力学性能，同时，还能确保在电池滥用条件下，发泡微球可以产生足够气体。
进一步地，发泡剂选自碳酸氢镁、碳酸氢钡、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、4，4-氧代双苯磺酰肼以及对甲苯磺酰肼中的至少一种。其中，可通过选择不同种类的发泡剂以及发泡剂之间的配比调控发泡微球的受热分解的温度，从而进行适应性调整。
进一步地，包覆层为均聚物或共聚物，包覆层的聚合单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙烯酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯腈、乙烯以及丙烯中的至少一种。
进一步地，粘结剂的粒径D50为0.3μm-5μm。
进一步地，包覆层的厚度为0.5μm-5μm。既保证电池在不受热时，发泡微球不会轻易破碎，同时保证电池受热超过一定阈值时，发泡剂受热分解后产生的气体轻易冲破包覆层，彻底的切断电池内部短路电流。
进一步地，粘结剂为核壳结构的聚合物，核壳结构的内核的聚合单体选自丙烯酸酯类单体、芳香族单乙烯基化合物以及羧酸酸酐中的至少一种；核壳结构的外壳的聚合单体选自丙烯酸酯类单体、芳香族单乙烯基化合物以及腈化乙烯基化合物中的至少一种。
进一步地，粘结剂为非核壳结构的聚合物，非核壳结构的聚合单体选自丙烯酸、丙烯酸酯、丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、乙烯、氯苯乙烯、氟苯乙烯以及丙烯中的至少一种。
进一步地，陶瓷涂层的厚度为0.5μm-6μm；陶瓷涂层中无机陶瓷颗粒选自三氧化二铝、勃姆石、硫酸钡、二氧化钛以及氢氧化镁中的至少一种。
一种电极组件，包括上述隔膜。
一种电池，包括上述电极组件。
一种电子装置，包括上述电池。
本申请提供的隔膜，应用于电池中，通过在隔膜上设置包括发泡微球的混合涂层，发泡微球在受热超过一定温度阈值时分解产生无机气体，产生的气体冲破发泡微球的包覆层并扩散至电池中，从而阻断隔膜与正极极片以及负极极片的界面的贴合，切断电池内部的电流，防止电池因过热导致起火或者爆炸。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种隔膜的结构示意图。
图2为本申请另一实施例的隔膜的结构示意图。
图3为发泡微球受热产生气体冲破包覆层的示意图。
图4为本申请一实施例的隔膜的结构示意图。
图5为本申请一实施例的隔膜的结构示意图。
图6为本申请一实施例的隔膜的结构示意图。
图7为本申请一实施例的隔膜的结构示意图。
图8为本申请一实施例的隔膜的结构示意图。
图9为本申请一实施例的隔膜的结构示意图。
图10为本申请一实施例提供的一种电极组件的结构示意图。
图11为本申请一实施例提供的一种电池的结构示意图。
图12为本申请一实施例提供的一种电子装置的结构示意图。
主要元件符号说明
隔膜 230
隔膜基材 30
陶瓷涂层 40
无机陶瓷颗粒 42
混合涂层 50
发泡微球 51
核 512
包覆层 514
粘结剂 52
电池 100
壳体 10
电极组件 20
正极极片 210
负极极片 220
电子装置 200
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。
请参阅图1，本申请实施例提供一种隔膜230，隔膜230包括隔膜基材30以及混合涂层50。
隔膜基材30的材质可以选自聚乙烯(polyethylene，简称PE)、聚丙烯(Polypropylene，简称PP)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)等材料中的至少一种。隔膜基材30可以是单层结构或者多层结构。隔膜基材30的厚度可以为3μm-20μm。
混合涂层50单面或者双面隔膜基材30的至少一个表面，即，混合涂层50位于隔膜基材30的一个表面(请参阅图1)或者位于陶瓷涂层40相对的两表面(请参阅图2)。
混合涂层50包括发泡微球51以及粘结剂52。其中，粘结剂52用于粘结发泡微球51并将发泡微球51粘结于陶瓷涂层40和/或未涂覆陶瓷涂层的隔膜基材30的表面；发泡微球51在温度超过一定的阈值时产生气体，气体扩散至电池100中，阻断隔膜230与正极极片210(请参阅图10)以及负极极片220的界面的贴合，切断电池100内部的电流，从而有效防止电池100内部短路持续发生，降低热失控的发生概率，进而达到改善热箱的效果；此外，产生的气体为惰性气体，能减少电池100起火的风险。在一具体实施例中，发泡剂产生气体的温度阈值为110℃，可以理解地，可以根据实际需要调整阈值的大小。发泡微球51的粒径D50为2μm-20μm，即在体积基准的粒径分布中，粒径小于或等于2μm-20μm的发泡微球51的体积占总体积的50％。发泡微球51的粒径太小(D50小于2μm)，在电池100(请参阅图11)滥用的情况下，内部温度升高，则发泡微球51受热后产生的气体量不足，难以将正极极片210以及负极极片220与隔膜230分开，不能及时阻断电流；发泡微球51的粒径太大(D50大于20μm)，阻碍锂离子的传输，导致电池100的循环容量保持率降低。
发泡微球51为核壳结构，发泡微球51包括核512以及包覆核512的包覆层514。
具体地，请一并参阅图3，核512为发泡剂，发泡剂能够在超过110℃时受热分解，发泡剂受热分解后产生二氧化碳、氮气以及一氧化碳中的至少一种无机气体，随着产生气体量的增加，产生的气体冲破包覆层514并扩散至电池100中。
发泡剂可以选自碳酸氢镁、碳酸氢钡、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、4，4-氧代双苯磺酰肼以及对甲苯磺酰肼中的至少一种，发泡剂的种类以及不同种类之间的配比调控发泡微球的受热分解的温度，以满足不同的需求。其中，各种发泡剂的起始分解温度以及分解后产生的气体如表1所示。
表1
包覆层514的厚度为0.5μm-5μm。包覆层514的厚度太薄(小于0.5μm)，发泡微球在低温时就有破碎的风险，导致电池100在较低温度下已经失效；包覆层514的厚度太厚(超过5μm)，发泡剂受热分解后产生的气体难以冲破包覆层514，则较难彻底的切断电池100内部短路电流。
包覆层514为均聚物或共聚物，包覆层514的聚合单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙烯酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯腈、乙烯以及丙烯中的至少一种。
发泡微球51占混合涂层50总质量的10％-50％，粘结剂52占混合涂层50总质量的50％-90％，确保了混合涂层50的粘结性能，从而保证电池100的动力学性能，同时，还能确保在电池100滥用条件下，发泡微球51可以产生足够气体。
发泡微球51的质量分数太低(低于10％)，则在电池100发生短路内部温度升高时，发泡微球51受热产生的气体量不足，难以达到彻底切断电流防止热失控的效果；发泡微球51的质量分数太高(高于50％)，则粘结剂52的质量分数过低，混合涂层50的粘结性能下降，进而电池100在充放电过程中易膨胀变形，且发泡微球51为导电性能较差的无机材质，从而导致电池100的动力学性能下降，从而导致电池100循环过程寿命衰减过快。
进一步地，粘结剂52的粒径D50为0.3μm-5μm。
粘结剂52可以为核壳结构，核壳结构包括内核以及包覆内核的外壳。内核以及外壳为均聚物或共聚物。
内核的聚合单体选自丙烯酸酯类单体、芳香族单乙烯基化合物以及羧酸酸酐中的至少一种；其中，丙烯酸酯类单体包括但不限于丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯以及甲基丙烯酸乙酯；芳香族单乙烯基化合物包括但不限于苯乙烯、氯苯乙烯、氟苯乙烯以及甲基苯乙烯；羧酸酸酐包括但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸以及马来酸。
外壳的聚合单体选自丙烯酸酯类单体、芳香族单乙烯基化合物以及腈化乙烯基化合物中的至少一种。丙烯酸酯类单体包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯以及甲基丙烯酸丁酯；芳香族单乙烯基化合物包括但不限于乙烯、氯苯乙烯、氟苯乙烯以及甲基苯乙烯；腈化乙烯基化合物包括但不限于丙烯腈以及甲基丙烯腈。
在另一实施方式中，粘结剂52也可以为非核壳结构，粘结剂52为均聚物或共聚物。粘结剂52的聚合单体包括但不限于丙烯酸、丙烯酸酯、丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、乙烯、氯苯乙烯、氟苯乙烯以及丙烯。
请参阅图4，在一实施例中，混合涂层50还包括无机陶瓷颗粒42，例如三氧化二铝、勃姆石、硫酸钡、二氧化钛以及氢氧化镁等。
在另一实施例中，陶瓷涂层40涂覆于隔膜基材30的至少一个表面，即，陶瓷涂层40位于隔膜基材30的一个表面(请参阅图5、图6以及图7)或者位于陶瓷涂层40相对的两表面(请参阅图8以及图9)。
陶瓷涂层40中的无机陶瓷颗粒42包括三氧化二铝、勃姆石、硫酸钡、二氧化钛以及氢氧化镁中的至少一种。陶瓷涂层40的厚度为0.5μm-6μm。
混合涂层50位于陶瓷涂层40和/或隔膜基材30的表面，即，隔膜230的其中一个表面具有混合涂层50(请参阅图6、图7以及图8)，或者隔膜230的两个表面均具有混合涂层50(请参阅图5以及图9)。
请参阅图10，为本申请实施例还提供的一种电极组件20，电极组件20包括正极极片210、负极极片220以及隔膜230，隔膜230位于正极极片210以及负极极片220之间。其中，正极极片210至少包括集流体以及涂覆在集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层中的正极活性材料包括但不限于钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂以及镍钴锰酸锂中的至少一种。负极极片220至少包括集流体以及涂覆在集流体上的负极活性物质层，负极活性物质层中的负极活性材料包括但不限于石墨以及硅中的一种。
请参阅图11，为本申请实施例提供的一种电池100，电池100包括壳体10以及电极组件20，电极组件20收容于壳体10中。
请参阅图12，本申请还提供一种电子装置200，电子装置200包括电池100，电子装置200包括但不限于电动汽车以及电动摩托车等。
以下通过具体实施例来对本申请进行说明。其中，以下实施例以及对比例以混合涂层50涂覆于陶瓷涂层40的表面为例，可以理解地，混合涂层50与陶瓷涂层40以及隔膜基材30具有多种组合形式，在其他的实施方式中，并不限于此种实施方式。
对比例1
将钴酸锂、导电炭黑以及聚偏二氟乙烯按重量比为97：1.4：1.6的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，形成正极浆料。采用铝箔作为正极集流体，将正极浆料涂覆于正极集流体上，经过干燥、冷压、裁切程序后得到正极极片210。
将石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素以及丁苯橡胶按质量比为96.5：1.0：1.0：1.5的比例溶于去离子水中，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得负极浆料。将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的两个表面上，烘干后经过冷压、分切得到负极极片220。
将粘结剂加入搅拌器中，粘结剂由质量分数为50％的丙烯酸乙酯以及50％的丙烯酸丁酯为聚合单体聚合而成，并分两次加入发泡微球51并搅拌(每次加入50％)，然后加入去离子水进行搅拌，得到混合涂层浆料，将混合涂层浆料涂覆于具有陶瓷涂层的隔膜上，在烘箱中完成干燥，形成具有混合涂层50的隔膜230。其中，发泡微球51中的发泡剂由质量分数为40％偶氮二甲酰胺、30％碳酸氢钡以及30％碳酸氢钠的混合物组成，发泡微球51的粒径D50为1μm，发泡微球51的包覆层514的厚度为2μm，发泡微球51的包覆层514由质量分数为40％甲基丙烯酸甲酯以及60％乙二醇二甲基丙烯酸酯的聚合单体聚合而成。发泡微球51占混合涂层50总质量的40％；粘结剂52占混合涂层50总质量的60％。
将上述正极极片210、隔离膜230、负极极片220按顺序叠好，隔离膜230位于正负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件20；将电极组件20置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得电池100。
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于混合涂层50中发泡微球51的粒径D50为24μm。
实施例1
实施例1与对比例1的区别在于混合涂层50中发泡微球51的粒径D50为2μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为60％二亚硝基五亚甲基四胺、20％4，4-氧代双苯磺酰肼、10％碳酸氢钡以及10％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为40％甲基丙烯酸甲酯以及60％乙二醇二甲基丙烯酸酯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为50％苯乙烯、20％氯苯乙烯以及30％氟苯乙烯的聚合单体聚合而成。
实施例2
实施例2与对比例1的区别在于混合涂层50中发泡微球51的粒径D50为6μm；发泡微球51中的发泡剂为碳酸氢钠；发泡微球51的包覆层514由甲基丙烯酸甲酯聚合而成，粘结剂52由质量分数为30％丙烯酸丁酯、40％甲基丙烯酸甲酯以及30％甲基丙烯酸乙酯的聚合单体聚合而成。
实施例3
实施例3与对比例1的区别在于混合涂层50中发泡微球51的粒径D50为8μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为50％4，4-氧代双苯磺酰肼以及50％碳酸氢钡的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数60％甲基丙烯酸甲酯以及40％乙二醇二甲基丙烯酸酯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为40％丙烯酸酯、30％乙烯以及30％氯苯乙烯的聚合单体聚合而成。
实施例4
实施例4与对比例1的区别在于混合涂层50中发泡微球51的粒径D50为12μm；发泡微球51中的发泡剂为碳酸氢钡以及碳酸氢钠，碳酸氢钡以及碳酸氢钠的质量分数分别为40％以及60％；发泡微球51的包覆层514由质量分数为60％甲基丙烯酸甲酯以及40％甲基丙烯酸的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为40％丙烯酸、30％丙烯酸酯以及30％丁二烯的聚合单体聚合而成。
实施例5
实施例5与对比例1的区别在于混合涂层50中发泡微球51的粒径D50为16μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为10％偶氮二甲酰胺、20％偶氮二异丁腈、10％二亚硝基五亚甲基四胺、30％对甲苯磺酰肼以及30％碳酸氢镁的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为60％甲基丙烯酸甲酯以及40％甲基丙烯酸的聚合单体聚合而成，粘结剂由质量分数为30％丙烯酸、30％丙烯酸酯以及30％丁二烯的聚合单体聚合而成。
实施例6
实施例6与对比例1的区别在于混合涂层50中发泡微球51的粒径D50为20μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为70％偶氮二甲酰胺以及30％偶氮二异丁腈的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为60％甲基丙烯酸甲酯以及40％甲基丙烯酸的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为40％丙烯酸乙酯、20％丙烯酸丁酯、20％甲基丙烯酸甲酯以及20％甲基丙烯酸乙酯的聚合单体聚合而成。
将对比例1-2以及实施例1-6组装的电池100分别取10个进行热箱测试以及充放电循环性能测试。
热箱测试的流程包括：将组装完成的电池100在25℃下以0.5C恒流放电至3.0V，静置5min后，以0.5C恒流充电至4.45V，恒压放电至0.05C；在25℃下静置60min，记录测试前的开路电压以及阻抗，检查外观并拍照；然后将电池100以5℃/min的速率升至135℃，并保持60min；电池100在测试过程中失效后继续观察30min，不必进行后续的测试流程；结束测试后，记录开路电压以及阻抗，检查外观并拍照，以电池100不起火、不爆炸判定为通过此测试。
充放电循环性能是在45℃的环境下进行测试，充放电循环性能测试的流程包括：(1)将组装完成的电池100静置5min；(2)以2C恒流充电至4.45V，恒压放电至0.05C；(3)静置5min；(4)0.2C恒流放电至3.0V；(5)静置5min；(6)2C恒流充电至4.45V，恒压放电至0.05C；(7)静置5min；(8)1C恒流放电至3.0V；(9)静置5min；(10)第6至9步循环49次；(11)2C恒流充电至4.45V，恒压放电至0.05C；(12)静置5min；(13)0.2C恒流放电至3.0V；(14)静置5min。将步骤(11)-(14)循环至容量衰减至首次放电容量的60％或者循环至800次。
请参阅表2，表2为对比例1-2以及实施例1-6的区别制备条件以及电化学性能测试结果。
表2
从表2的测试结果可知，实施例1-6的热箱通过率均高于对比例1-2，且实施例1-6的电池100的容量保持率均超过85％。热箱通过率与发泡微球51的粒径在一定范围内呈现正相关，其中，发泡微球51的粒径越大，热箱通过率越高；但发泡微球51的粒径过大(D50大于20μm)，发泡微球51会阻碍锂离子的传输，即电池100的动力学性能下降，从而导致电池100的循环容量保持率降低。
对比例3
对比例3与实施例3的区别在于发泡微球51的包覆层514的厚度为0.3μm。
对比例4
对比例4与对比例3的区别在于发泡微球51的包覆层514的厚度为6μm。
实施例7
实施例7与对比例3的区别在于发泡微球51的包覆层514的厚度为0.5μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为60％偶氮二甲酰胺以及40％偶氮二异丁腈的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为50％甲基丙烯酸甲酯以及50％甲基丙烯酸乙烯酯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为50％丙烯酸乙酯、20％丙烯酸丁酯以及30％甲基丙烯酸乙酯的聚合单体聚合而成。
实施例8
实施例8与对比例3的区别在于发泡微球51的包覆层514的厚度为1μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为20％偶氮二甲酰胺、50％碳酸氢钡以及30％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为70％甲基丙烯酸甲酯以及30％甲基丙烯酸乙烯酯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为30％丙烯酸、40％甲基丙烯酸以及30％马来酸的聚合单体聚合而成。
实施例9
实施例9与对比例3的区别在于发泡微球51的包覆层514的厚度为2μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为50％4，4-氧代双苯磺酰肼以及50％碳酸氢钡的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为60％甲基丙烯酸甲酯以及40％乙二醇二甲基丙烯酸酯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为40％丙烯酸酯、30％乙烯以及30％氯苯乙烯的聚合单体聚合而成。
实施例10
实施例10与对比例3的区别在于发泡微球51的包覆层514的厚度为3μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为20％偶氮二甲酰胺、40％偶氮二异丁腈以及40％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为20％丙烯腈、50％乙烯以及30％丙烯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为40％丙烯酸丁酯、20％甲基丙烯酸甲酯以及40％甲基丙烯酸乙酯的聚合单体聚合而成。
实施例11
实施例11与对比例3的区别在于发泡微球51的包覆层514的厚度为4μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为20％偶氮二甲酰胺、20％偶氮二异丁腈、30％碳酸氢钡以及30％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为20％甲基丙烯酸甲酯以及80％甲基丙烯酸乙烯酯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为20％乙烯、30％氯苯乙烯以及50％氟苯乙烯的聚合单体聚合而成。
实施例12
实施例12与对比例3的区别在于发泡微球51的包覆层514的厚度为5μm；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为20％偶氮二甲酰胺、30％偶氮二异丁腈以及50％二亚硝基五亚甲基四胺；发泡微球51的包覆层514由质量分数为20％甲基丙烯酸甲酯以及80％甲基丙烯酸乙烯酯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为30％丙烯腈以及70％甲基丙烯腈的聚合单体聚合而成。
对比例3-4以及实施例7-12组装的电池100的测试方法同对比例1-2以及实施例1-6，这里不再赘述。
请参阅表3，表3为对比例3-4以及实施例7-12的区别制备条件以及电化学性能测试结果。
表3
从表3的测试结果可以看出，在其他条件均不变的情况下，包覆层514的厚度为0.5μm-5μm时，电池100的容量保持率较高，均超过85％；发泡微球51包覆层514的厚度太薄(小于0.5μm)或者太厚(超过5μm)电池100的容量保持率均较低。另外，实施例7-12中的电池100的热箱通过率均高于对比例3-4，其中，发泡微球51包覆层514的厚度太薄，在低温时，发泡微球51会有破碎的风险，从而在较低温度下导致电池100失效；发泡微球51的包覆层514的厚度太厚，发泡剂分解后产生的气体难以冲破包覆层514，起不到保护效果。
对比例5
对比例5与实施例3的区别在于：混合涂层50中没有发泡微球51；即混合涂层50全部为粘结剂52。
对比例6
对比例6与对比例5的区别在于：发泡微球51占混合涂层50总质量的5％；粘结剂52占混合涂层50总质量的95％。
对比例7
对比例7与对比例5的区别在于：发泡微球51占混合涂层50总质量的60％；粘结剂52占混合涂层50总质量的40％。
实施例13
实施例13与对比例5的区别在于：发泡微球51占混合涂层50总质量的10％；粘结剂52占混合涂层50总质量的90％；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为20％偶氮二甲酰胺、30％偶氮二异丁腈以及50％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为10％氯苯乙烯、40％氟苯乙烯以及50％甲基苯乙烯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为20％丙烯酸甲酯、40％甲基丙烯酸甲酯以及40％甲基丙烯酸乙烯酯的聚合单体聚合而成。
实施例14
实施例14与对比例5的区别在于：发泡微球51占混合涂层50总质量的20％；粘结剂52占混合涂层50总质量的80％；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为20％偶氮二甲酰胺、40％碳酸氢钡以及40％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为30％丙烯酸丁酯、20％甲基丙烯酸甲酯以及50％甲基丙烯酸乙酯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为20％丙烯酸甲酯、30％甲基丙烯酸甲酯以及50％甲基丙烯酸乙烯酯的聚合单体聚合而成。
实施例15
实施例15与对比例5的区别在于：发泡微球51占混合涂层50总质量的30％；粘结剂52占混合涂层50总质量的70％；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为60％偶氮二甲酰胺以及40％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为30％丙烯酸丁酯、20％甲基丙烯酸甲酯以及50％甲基丙烯酸乙酯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为20％乙二醇二甲基丙烯酸酯、30％丙烯腈以及50％乙烯的聚合单体聚合而成。
实施例16
实施例16与对比例5的区别在于：发泡微球51占混合涂层50总质量的40％；粘结剂52占混合涂层50总质量的60％；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为60％偶氮二甲酰胺以及40％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为10％苯乙烯、10％丙烯腈、40％乙烯、10％氯苯乙烯以及30％氟苯乙烯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为30％乙二醇二甲基丙烯酸酯、30％丙烯腈、10％乙烯以及30％丙烯的聚合单体聚合而成。
实施例17
实施例17与对比例5的区别在于：发泡微球51占混合涂层50总质量的50％；粘结剂52占混合涂层50总质量的50％；发泡微球51中的发泡剂由质量分数为30％偶氮二甲酰胺、30％偶氮二异丁腈以及40％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的包覆层514由质量分数为10％苯乙烯、10％丙烯腈、40％乙烯、10％氯苯乙烯以及30％氟苯乙烯的聚合单体聚合而成，粘结剂52由质量分数为20％丙烯酸乙酯、30％丙烯酸丁酯以及50％甲基丙烯酸甲酯的聚合单体聚合而成。
对比例5-7以及实施例13-17组装的电池100的测试方法同对比例1-2以及实施例1-6，这里不再赘述。
请参阅表4，表4为对比例5-7以及实施例13-17的区别制备条件以及电化学性能测试结果。
表4
从表4的测试结果可以看出，实施例13-17的热箱通过率均高于对比例5-7，且实施例13-17的电池100的容量保持率均超过85％。在其他条件均不变的情况下，热箱通过率与发泡微球51的质量分数在一定范围内呈现正相关，其中，发泡微球51的质量分数越高，热箱通过率越高；发泡微球51的质量分数低于5％，则发泡微球51产生的气体不足，发泡微球51的质量分数高于于50％，影响粘结剂52发挥粘结作用，同时发泡微球51会阻碍锂离子的传输，即电池100的动力学性能下降，从而导致电池100的循环容量保持率降低。
以下实施例以混合涂层50涂覆于隔膜基材30的表面为例。
实施例18
将石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素以及丁苯橡胶按质量比为96.5：1.0：1.0：1.5的比例溶于去离子水中，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得负极浆料。将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的两个表面上，烘干后经过冷压、分切得到负极极片220。
将粘结剂加入搅拌器中，粘结剂由质量分数为20％丙烯酸乙酯、30％丙烯酸丁酯以及50％甲基丙烯酸甲酯的聚合单体聚合而成，并分两次加入发泡微球51并搅拌(每次加入50％)，然后加入勃姆石(无机陶瓷颗粒42)，再加入去离子水进行搅拌，得到混合涂层浆料，将混合涂层浆料涂覆于无陶瓷涂层的隔膜基材上，最后在烘箱中完成干燥，形成具有混合涂层50的隔膜230。其中，发泡微球51中的发泡剂由质量分数为30％偶氮二甲酰胺、30％偶氮二异丁腈以及40％碳酸氢钠的混合物组成；发泡微球51的粒径D50为8μm，发泡微球51的包覆层514的厚度为2μm，发泡微球51的包覆层514由质量分数为10％苯乙烯、10％丙烯晴、40％乙烯、10％氯苯乙烯以及30％氟苯乙烯的聚合单体聚合而成；粘结剂52由质量分数为20％丙烯酸乙酯、30％丙烯酸丁酯以及50％甲基丙烯酸甲酯的聚合单体聚合而成。发泡微球51占混合涂层50总质量的20％；粘结剂52占混合涂层50总质量的30％；无机陶瓷颗粒42占混合涂层50总质量的50％。
将上述正极极片210、隔离膜230、负极极片220按顺序叠好，隔离膜230位于正负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件20；将电极组件20置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得电池100。
实施例19
实施例19与实施例18的区别在于：混合涂层50中，发泡微球51占混合涂层50总质量的30％；无机陶瓷颗粒42占混合涂层50总质量的40％。
实施例20
实施例20与实施例18的区别在于：混合涂层50中，发泡微球51占混合涂层50总质量的30％；粘结剂52占混合涂层50总质量的40％；无机陶瓷颗粒42占混合涂层50总质量的30％。
实施例18-20组装的电池100的测试方法同对比例1-2以及实施例1-6，这里不再赘述。
请参阅表5，表5为实施例18-20的区别制备条件以及电化学性能测试结果。
表5
从表5的测试结果可知，实施例18-20提供的隔膜230中的混合涂层50包含无机陶瓷颗粒42，其组装的电池100在保持较高的容量保持率的情况下，同时也保持较高的热箱通过率(均为100％)。
本申请提供的隔膜230，应用于电池100中，通过在隔膜230上设置包括发泡微球51的混合涂层50，发泡微球51在温度超过一定阈值时受热分解产生二氧化碳、氮气以及一氧化碳中的至少一种气体，气体冲破发泡微球51的包覆层514并扩散至电池100中，从而阻断隔膜230与正极极片210以及负极极片220的界面的贴合，切断电池100内部的电流，防止电池100因过热导致起火或者爆炸；发泡微球51为核壳结构，发泡微球51的包覆层514的厚度为0.5μm-5μm，即保证电池100在不受热时，发泡微球51不会轻易破碎，同时保证电池100受热超过一定阈值时，发泡剂受热分解后产生的气体轻易冲破包覆层514，彻底的切断电池100内部短路电流。以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。
Claims (13)
1.一种隔膜，包括隔膜基材，其特征在于，所述隔膜还包括：
混合涂层，所述混合涂层设置于所述隔膜基材的表面，所述混合涂层包括发泡微球以及粘结剂；
所述发泡微球包括核以及包覆所述核的包覆层；
所述发泡微球的所述核为受热分解后产生无机气体的发泡剂，所述发泡剂选自碳酸氢镁、碳酸氢钡、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、4，4-氧代双苯磺酰肼以及对甲苯磺酰肼中的至少一种，所述无机气体用于冲破所述包覆层。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述无机气体包括二氧化碳、氮气、以及一氧化碳中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述混合涂层还包括无机陶瓷颗粒。
4.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜还包括陶瓷涂层，所述陶瓷涂层涂覆在所述隔膜基材的至少一个表面上，所述混合涂层位于所述陶瓷涂层上或未涂覆所述陶瓷涂层的隔膜基材的表面上。
5.根据权利要求1或4所述的隔膜，其特征在于，所述发泡微球的粒径D50为2μm-20μm，所述发泡微球占所述混合涂层总质量的10％-50％，所述粘结剂占所述混合涂层总质量的50％-90％。
6.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述包覆层的厚度为0.5μm-5μm。
7.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述包覆层为均聚物或共聚物，所述包覆层的聚合单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙烯酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯腈、乙烯以及丙烯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述粘结剂的粒径D50为0.3μm-5μm。
9.根据权利要求8所述的隔膜，其特征在于，所述粘结剂为核壳结构的聚合物，所述核壳结构的内核的聚合单体选自丙烯酸酯类单体、芳香族单乙烯基化合物以及羧酸酸酐中的至少一种；所述核壳结构的外壳的聚合单体选自丙烯酸酯类单体、芳香族单乙烯基化合物以及腈化乙烯基化合物中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的隔膜，其特征在于，所述粘结剂为非核壳结构的聚合物，所述非核壳结构的聚合单体选自丙烯酸、丙烯酸酯、丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、乙烯、氯苯乙烯、氟苯乙烯以及丙烯中的至少一种。
11.一种电极组件，其特征在于，包括如权利要求1-10项中任一项所述的隔膜。
12.一种电池，其特征在于，包括如权利要求11所述的电极组件。
13.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求12所述的电池。
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