CN114300808A - 一种隔膜及包括该隔膜的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隔膜及包括该隔膜的电池。本发明的隔膜中引入第二类无机材料，作为高导热材料的第二类无机材料的引入，提高了隔膜整体的热导能力。在电池热箱环境中，电池正极界面、负极界面发生反应快速放热，正负极和集流体具有良好的导热性，但是传统隔膜导热性差，使得电芯内部热对流受到隔膜隔热而变得不均匀，形成温度差，部分热传热差的区域，如电芯中心部位向电芯外表传热距离长，测试过程中又在快速放热，会引起温度急剧升高，隔膜受热发生收缩或者破膜，正负极发生短路，引发失效。隔膜导热能力的整体提升，可以使得电芯内部放出的热快速向外传导，不会聚集在某些区域，电芯内部温度均匀，可以大幅降低失效风险。
Description
技术领域
本发明属于隔膜技术领域，具体涉及一种隔膜及包括该隔膜的电池。
背景技术
电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应及绿色环保等特点，作为储能设备在消费电子和电动工具等产品中得到广泛的应用。电池隔膜作为电池的重要组成部件，决定了电池的界面结构，内阻等，直接影响电池的循环、容量和安全等性能。
随着电池能量密度的提高，电池失控、起火案件时有发生，高能量密度的体系对电芯的安全性能挑战越来越大，隔膜作为阻隔正负极解剖的关键材料，对电芯的安全起到至关重要的作用，但是隔膜通常使用的材料是PP或者PE，在130℃环境下急剧收缩，容易造成正负极短接，引发电芯安全失效。
为了提升电芯的安全性能，通常在隔膜表面涂覆一层或多层无机耐热涂层，隔膜在130℃以上隔膜收缩小，电芯热箱安全性能有所提升。但是作为隔膜基材的高分子聚合物材料在热箱条件下极易导致电芯内部发生剧烈反应，同时急剧放热，而由于高分子聚合物的导热性差，容易导致电芯内部热量不断集中无法散失到电芯外面，电芯内部温度局部区域不断升高，副反应剧烈。
发明内容
常规的隔膜，为了提升隔膜的耐热性，通常在多孔基膜表面涂覆单层或多层的多孔无机涂层，可有效提高隔膜的耐热收缩性，能够满足130℃横向和纵向收缩率<5％的要求。本申请的发明人通过研究后发现，上述隔膜在实际使用时，电芯内部的温度在达到130℃后还会继续升高，由于电芯内部热量的聚集，局部温度会快速升高，进而导致隔膜无法承受温度的快速升高而出现局部高温区域发生短路，引发电池失效。
在此基础上，本发明通过在多孔基膜表面引入包括第一类无机材料、第二类无机材料和有机材料的复合涂层，并进一步控制第一类无机材料、第二类无机材料的质量比，甚至复合涂层的厚度，可以使得电芯内部的热量快速有效传递到外面，使得电芯内部不会发生热量聚集引起的局部高温，阻止电池发生失效。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种隔膜，所述隔膜包括多孔基膜和设置在多孔基膜至少一侧表面上的复合涂层，所述复合涂层包括第一类无机材料，第二类无机材料和有机材料；
其中，第二类无机材料的导热系数≥35W/(m.K)。
本发明通过在隔膜中引入作为高导热材料的第二类无机材料，提高了隔膜整体的热导能力，而隔膜导热能力的整体提升，可以使得电芯内部放出的热快速向外传导，不会聚集在某些区域，电芯内部温度均匀，可以大幅降低失效风险。
进一步的，根据本发明的实施方案，当所述第二类无机材料的导热系数大于等于35W/m.k且小于等于50W/m.k时，选择B≥0.3；当所述第二类无机材料的导热系数大于50W/m.k且小于100W/m.k时，选择B≥0.2；当所述第二类无机材料的导热系数大于等于100W/m.k时，选择B≥0.15；其中B为第二类无机材料与第一类无机材料的质量比(g/g)。研究发现，通过这样的选择，可以获得更好的导热效果。
根据本发明的实施方案，所述隔膜满足：
A≥0.15，B≥0.15；
其中，A为复合涂层的总厚度与多孔基膜的厚度的比值(μm/μm)，B为第二类无机材料与第一类无机材料的质量比(g/g)。
研究发现，当控制第一类无机材料、第二类无机材料的质量比，以及复合涂层的总厚度、多孔基膜的厚度的比值在上述范围时，可以使得电芯内部的热量快速有效传递到外面，使得电芯内部不会发生热量聚集引起的局部高温，阻止电池发生失效。
根据本发明的实施方式，所述复合涂层的总厚度为0.5μm～10μm，优选为0.5μm～8μm，更优选为1μm～6μm；例如为0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或上述两两端点值组成的范围中的任意点值。
其中，若所述复合涂层设置在多孔基膜两侧表面，则所述复合涂层的总厚度是指多孔基膜两侧表面的复合涂层的厚度之和；若所述复合涂层设置在多孔基膜一侧表面，则所述复合涂层的总厚度即为多孔基膜一侧表面的复合涂层的厚度。
根据本发明的实施方式，所述多孔基膜的厚度为4μm～20μm，优选为4μm～12μm，进一步地优选为4μm～9μm；示例性地，多孔基膜的厚度为4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm或上述两两端点值组成的范围中的任意点值。
根据本发明的实施方式，1≥A≥0.15，示例性地，A为0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1或上述两两端点值组成的范围中的任意点值。当1≥A≥0.15时，复合涂层相对多孔基膜具有足够的厚度，可以有效支撑多孔基膜在高温状态下不容易发生收缩，使得隔膜具有良好的耐热性。当A<0.15时，复合涂层的厚度相对多孔基膜过薄，导致隔膜整体耐热性变差，当A>1时，电芯安全性能优异，引入第二类无机材料带来安全性能的提升并不显著，但复合涂层过厚，涂层易发生开裂现象，且不符合隔膜基本设计常理。
根据本发明的实施方式，B为0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2或上述两两端点值组成的范围中的任意点值。当B≥0.15时，隔膜涂层的导热性提升明显；当B<0.15时，隔膜的导热性提升不明显，对装配此隔膜的电芯安全改善不显著。
根据本发明的实施方式，所述第一类无机材料和第二类无机材料的质量之和与有机材料的质量比为(0.1～100):1，优选为(0.5～70):1，更优选为(1～50):1，例如为1:1、2:1、5:1、8:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1或50:1。
根据本发明的实施方式，所述第一类无机材料选自氧化铝、氧化硅、勃姆石、氧化镁或氢氧化镁中的一种或多种。
根据本发明的实施方式，所述第一类无机材料的粒径D50为0.03μm～4μm，例如为0.03μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm或上述两两端点值组成的范围中的任意点值。选择这样的粒径可以使得制备复合涂层的浆料在制作过程中更容易均匀分散，有助于复合涂层厚度的稳定控制。
根据本发明的实施方式，所述第二类无机材料选自氮化硼、氮化钨、碳化硅、氮化铝、氧化铍中的一种或多种。
根据本发明的实施方式，所述第二类无机材料的粒径D50为0.03μm～4μm，例如为0.03μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm或上述两两端点值组成的范围中的任意点值。选择这样的粒径可以使得制备复合涂层的浆料在制作过程中更容易均匀分散，有助于复合涂层厚度的稳定控制。
根据本发明的实施方式，所述有机材料选自聚丙烯酸酯及其衍生物、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚氧乙烯醚中的一种或者多种。
根据本发明的实施方式，所述多孔基膜选自聚乙烯多孔基膜、聚丙烯多孔基膜、多层聚丙烯多孔基膜、多层聚丙烯-聚乙烯多孔基膜和聚乙烯聚丙烯共混多孔基膜中的至少一种。
根据本发明的实施方式，所述复合涂层设置在多孔基膜的第一表面上，或者所述复合涂层设置在多孔基膜的与第一表面相对的第二表面上，或者，所述复合涂层设置在多孔基膜的第一表面上和与第一表面相对的第二表面上；其中，所述第一表面为靠近正极片一侧的表面，所述与第一表面相对的第二表面为靠近负极片一侧的表面。即所述的复合涂层可以是分布在多孔基膜单面的，也可以是分布在多孔基膜两面的，若是分布在多孔基膜两面的，则两面复合涂层的厚度可以一致，也可以不一致。
根据本发明的实施方式，所述多孔基膜的孔隙率为≥30％，例如≥33％，还例如≥40％，示例性地，所述多孔基膜的孔隙率为32％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％。
根据本发明的实施方式，所述复合涂层为多孔复合涂层。
本发明还提供一种电池，其包括上述的隔膜。
根据本发明的实施方式，所述电池例如为锂离子电池。
根据本发明的实施方式，所述电池还包括正极片和负极片。
根据本发明的实施方式，所述隔膜设置在正极片和负极片之间。
根据本发明的实施方式，所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体一侧或两侧表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂。
根据本发明的实施方式，所述负极活性物质层包括如下质量百分含量的各组分：90～99.6wt％的负极活性物质、0.2～5wt％的导电剂、0.2～5wt％的粘结剂。
示例性地，所述负极活性物质的质量百分含量为90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％、95wt％、96wt％、97wt％、98wt％、99wt％、99.6wt％。
示例性地，所述导电剂的质量百分含量为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％。
示例性地，所述粘结剂的质量百分含量为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％。
根据本发明的实施方式，所述负极活性物质包括任意可用于电池的负极活性物质，例如包括人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳、硅氧或硅碳负极材料中的至少一种。
根据本发明的实施方式，所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体一侧或两侧表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。
根据本发明的实施方式，所述正极活性物质层包括如下质量百分含量的各组分：90～99.6wt％的正极活性物质、0.2～5wt％的导电剂、0.2～5wt％的粘结剂。
示例性地，所述正极活性物质的质量百分含量为90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％、95wt％、96wt％、97wt％、98wt％、99wt％、99.6wt％。
示例性地，所述导电剂的质量百分含量为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％。
示例性地，所述粘结剂的质量百分含量为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％。
根据本发明的实施方式，所述正极活性物质包括任意用于电池的正极活性物质，如钴酸锂(LiCoO2)，镍酸锂(LiNiO2)，磷酸铁锂(LiFePO4)，锰酸锂(LiMnO4)等中的一种或多种。
根据本发明的实施方式，所述导电剂选自导电炭黑、科琴黑、导电纤维、导电聚合物、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、鳞片石墨、导电氧化物、金属颗粒中的一种或几种。
根据本发明的实施方式，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯及其共聚衍生物、聚四氟乙烯及其共聚衍生物、聚丙烯酸及其共聚衍生物、聚乙烯醇及其共聚衍生物、聚丁苯橡胶及其共聚衍生物、聚酰亚胺及其共聚衍生物、聚乙烯亚胺及其共聚衍生物、聚丙烯酸酯及其共聚衍生物、羧甲基纤维素钠及其共聚衍生物中的至少一种。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种隔膜及包括该隔膜的电池。
本发明的隔膜中引入第二类无机材料，作为高导热材料的第二类无机材料的引入，提高了隔膜整体的热导能力。在电池热箱环境中，电池正极界面、负极界面发生反应快速放热，正负极和集流体具有良好的导热性，但是传统隔膜导热性差，使得电芯内部热对流受到隔膜隔热而变得不均匀，形成温度差，部分热传热差的区域，如电芯中心部位向电芯外表传热距离长，测试过程中又在快速放热，会引起温度急剧升高，隔膜受热发生收缩或者破膜，正负极发生短路，引发失效。隔膜导热能力的整体提升，可以使得电芯内部放出的热快速向外传导，不会聚集在某些区域，电芯内部温度均匀，可以大幅降低失效风险。
进一步的，本申请的发明人研究发现，当隔膜满足：A≥0.15，B≥0.15；A为复合涂层的总厚度与多孔基膜的厚度的比值(μm/μm)，B为第二类无机材料与第一类无机材料的质量比(g/g)时，上述隔膜组装的电池在应用过程中能够表现出优异的安全性能，在热箱测试过程中，通过率大大提升。
这主要是因为本发明的隔膜中复合涂层的引入不仅提高了隔膜的耐热性，还可以进一步提高隔膜的导热性，由此可以大大提升电芯的安全性能。
附图说明
图1为本发明的一个优选方案所述的隔膜的结构示意图；
附图标记：a为正极；b为隔膜；c为负极；d为复合涂层；e为多孔基膜。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而并非指示或暗示相对重要性。
电池的制备
(1)正极片制备
将正极活性材料钴酸锂(LCO)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)、导电剂乙炔黑按照重量比97:1.5:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在真空搅拌机作用下搅拌，直至混合体系成均一流动性的正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在集流体铝箔上；将上述涂覆好的铝箔在5段不同温度梯度的烘箱烘烤后，再将其在120℃的烘箱干燥8h，然后经过辊压、分切得到所需的正极片。
(2)负极片制备
将负极活性材料人造石墨、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、粘结剂丁苯橡胶、导电剂乙炔黑按照重量比97:1:1:1进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在高强度涂炭铜箔上，得到极片；将所得极片在室温晾干后转移至80℃烘箱干燥10h，然后经过辊压、分切得到负极片。
(3)电解液制备
在充满惰性气体(氩气)的手套箱中(H2O＜0.1ppm，O2＜0.1ppm)，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸丙酯，按照质量百分比15％:10％:10％:65％的比例混合均匀，然后往其中快速加入1.25mol/L的充分干燥的六氟磷酸锂(LiPF6)，溶解于非水有机溶剂中，搅拌均匀，经过水分和游离酸检测合格后，得到电解液。
(4)隔离膜的制备
将无机材料(特定质量比的第一类无机材料和第二类无机材料，具体如表1所示)、聚丙烯酸酯乳液、羧甲基纤维素钠、聚氧乙烯醚和聚丙烯酸钠，按照100:5:1:0.5:0.5的质量比分散在水中，形成水性浆料。然后采用凹版辊转移式涂覆法，将水性浆料涂覆在特定厚度的聚乙烯多孔基膜一侧表面，定义涂覆复合涂层的聚乙烯多孔基膜表面为正面，非涂覆面为反面。涂覆完烘干，制备得到隔膜，其中，多孔基膜的厚度和复合涂层的厚度如表1所示。
(5)电池的制备
将上述准备的正极片、隔离膜、负极片按顺序叠放好，保证隔离膜处于正、负极片之间起到隔离的作用，然后通过卷绕得到未注液的裸电芯，其中隔膜正面朝向正极；将裸电芯置于外包装箔中，将上述制备好的相应的电解液注入到干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形、分选等工序，获得相应的电池。
性能测试
A)隔膜测试——130℃收缩测试
将隔膜沿着横向和纵向裁成特定尺寸的隔膜块，记录初始横向长度M1和纵向长度N1，隔膜上下用80g A4纸夹在中间，设置鼓风烘箱温度为130℃，温度稳定10min后，A4纸夹层放置于鼓风烘箱中，保持1小时，取出烘箱冷却，随后尽量展平隔膜测试烘烤后横向长度M2和纵向长度N2。
热收缩率计算公式：
横向收缩率＝(M1-M2)/M1*100％；纵向收缩率＝(N1-N2)/N1*100％。
B)电池测试：
(1)电池130℃热箱测试
电芯按0.5C恒流恒压充电至充满电后，搁置24h以内，用对流方式或循环热空气箱以起始温度为20+5℃进行加热。热箱温度以5±2℃每分钟的速度升温至130±2℃并在此温度下保持1小时，然后结束试验，测试结果如表2所示。
判定标准：1小时及以内电芯不起火，不燃烧，不爆炸，即为通过PASS。
(2)电池135℃热箱测试
电芯按0.5C恒流恒压充电至充满电后，搁置24h以内，用对流方式或循环热空气箱以起始温度为20+5℃进行加热。热箱温度以5±2℃每分钟的速度升温至135±2℃并在此温度下保持1小时，然后结束试验，测试结果如表2所示。
判定标准：1小时及以内电芯不起火，不燃烧，不爆炸，即为通过PASS。
对比例1～10和实施例1～18
对比例1～10和实施例1～18的电池在制备过程中除了以上提及的不同因素外，其余所有制备过程均一致。
表1对比例和实施例的隔膜组成
上述实施例和对比例制得的隔膜进行了130℃热收缩测试，评估隔膜的耐热性，测试结果如下表2所示，从表2中可以得知，随着复合涂层厚度的增加，隔膜整体的耐热性得到明显提升，进一步地，复合涂层中的第二类无机材料的含量的提升对隔膜的耐热性基本没有影响，但是可以显著提升隔膜的热导能力，从而提升隔膜的安全性能。
表2实施例和对比例的隔膜的性能测试结果
从上述表2中可以看出，对比例1～4(或者对比例5～6)发现，随着A即复合涂层的总厚度与多孔基膜的厚度的比值的增大，在130℃、1小时热箱测试，通过率不断增加，对比例4(或者对比例6)可以在130℃、1小时条件下全部通过，但是升温至135℃、1小时条件下全部不通过。这说明隔膜随着复合涂层厚度的增加，耐热性提升，热箱测试通过率不断增加，但是更极限的测试条件无法通过。
实施例1～3中添加少量第二类无机材料，其在135℃、1小时条件下测试通过率具有明显提升，而当第二类无机材料的含量提升到更高时，即B≥0.15时，135℃、1小时测试基本全部通过(如实施例4～9或实施例14～15)。进一步研究发现，当氮化铝添加量较少的情况下，隔膜在热箱测试条件下，电芯放热迅速，原本隔膜作为不良热导体材料，容易造成热聚集，部分区域热量无法散失，聚集温度急剧升高，隔膜发生收缩甚至破膜，引发短路而造成失效。第二类无机材料的导热系数高，导热能力强，当添加后可以将聚集的热量均匀散失到电芯表面，降低电芯内部最高温度，提升热箱测试通过率。通过实验发现，当添加比例B达到0.15以上，隔膜导热能力明显提升，电芯135℃热箱测试通过率大大提高，而继续提高第二类无机材料的含量，135℃热箱测试均全部通过，对比例10中当无机材料全为氮化铝时，隔膜耐热性和导热性表现优异，电芯安全性能表现优异，但是由于第二类无机材料成本相较于第一类无机材料高很多，不利于广泛推广。
从实施例10～13中可以看出，复合涂层逐渐增厚时，隔膜的耐热性变得更优异，虽然电芯135℃热箱测试通过率逐步提高，但隔膜的不断增厚导致电芯能量密度降低明显。
从实施例16～18可以看出，当隔膜中采用导热系数≥35W/(m.K)的第二类无机材料时，可以提升隔膜的耐热性和导热性，并提升电芯的热箱安全测试通过率。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隔膜，其特征在于，所述隔膜包括多孔基膜和设置在多孔基膜至少一侧表面上的复合涂层，所述复合涂层包括第一类无机材料，第二类无机材料和有机材料；
其中，第二类无机材料的导热系数≥35W/(m.K)。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，当所述第二类无机材料的导热系数大于等于35W/m.k且小于等于50W/m.k时，选择B≥0.3；当所述第二类无机材料的导热系数大于50W/m.k且小于100W/m.k时，选择B≥0.2；当所述第二类无机材料的导热系数大于等于100W/m.k时，选择B≥0.15；其中B为第二类无机材料与第一类无机材料的质量比(g/g)。
3.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜满足：
A≥0.15，B≥0.15；
其中，A为复合涂层的总厚度与多孔基膜的厚度的比值(μm/μm)，B为第二类无机材料与第一类无机材料的质量比(g/g)。
4.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述复合涂层的总厚度为0.5μm～10μm；
和/或，所述多孔基膜的厚度为4μm～20μm。
5.根据权利要求3所述的隔膜，其特征在于，1≥A≥0.15。
6.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述第一类无机材料和第二类无机材料的质量之和与有机材料的质量比为(0.1～100):1。
7.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述第一类无机材料选自氧化铝、氧化硅、勃姆石、氧化镁或氢氧化镁中的一种或多种；
和/或，所述第二类无机材料选自氮化硼、氮化钨、碳化硅、氮化铝、氧化铍中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述第一类无机材料的粒径D50为0.03μm～4μm；
和/或，所述第二类无机材料的粒径D50为0.03μm～4μm。
9.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述有机材料选自聚丙烯酸酯及其衍生物、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚氧乙烯醚中的一种或者多种。
10.一种电池，其包括权利要求1-9任一项所述的隔膜。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102437302A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-05-02 | 东莞市比比克电子科技有限公司 | 一种锂离子电池隔膜及高温热稳定型锂离子电池 |
| JP2013149434A (ja) * | 2012-01-18 | 2013-08-01 | Toyota Motor Corp | 非水電解質二次電池用のセパレータ、及び非水電解質二次電池 |
| CN105247703A (zh) * | 2013-04-29 | 2016-01-13 | 马迪克公司 | 具有增加的热导率的纳米多孔复合分隔物 |
| WO2018047468A1 (ja) * | 2016-09-07 | 2018-03-15 | 帝人株式会社 | 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池 |
| CN109860477A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-06-07 | 天津力神电池股份有限公司 | 一种具有高导热材料层的复合隔膜及其制备方法 |
| CN209709068U (zh) * | 2019-03-25 | 2019-11-29 | 惠州锂威电子科技有限公司 | 一种耐高温的锂离子电池隔膜 |
| CN110945683A (zh) * | 2018-06-22 | 2020-03-31 | 株式会社Lg化学 | 用于电化学装置的隔膜、含有该隔膜的电化学装置以及该隔膜的制造方法 |
| CN111697187A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-09-22 | 天津力神电池股份有限公司 | 一种高安全复合隔膜及其制备方法 |
| CN112234221A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-15 | 贵州梅岭电源有限公司 | 一种基于强化传热的热电池 |
| CN112688022A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-20 | 安普瑞斯（无锡）有限公司 | 一种快速充放锂离子电池及其制备方法 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111669921.3A patent/CN114300808A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102437302A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-05-02 | 东莞市比比克电子科技有限公司 | 一种锂离子电池隔膜及高温热稳定型锂离子电池 |
| JP2013149434A (ja) * | 2012-01-18 | 2013-08-01 | Toyota Motor Corp | 非水電解質二次電池用のセパレータ、及び非水電解質二次電池 |
| CN105247703A (zh) * | 2013-04-29 | 2016-01-13 | 马迪克公司 | 具有增加的热导率的纳米多孔复合分隔物 |
| WO2018047468A1 (ja) * | 2016-09-07 | 2018-03-15 | 帝人株式会社 | 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池 |
| CN110945683A (zh) * | 2018-06-22 | 2020-03-31 | 株式会社Lg化学 | 用于电化学装置的隔膜、含有该隔膜的电化学装置以及该隔膜的制造方法 |
| CN109860477A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-06-07 | 天津力神电池股份有限公司 | 一种具有高导热材料层的复合隔膜及其制备方法 |
| CN209709068U (zh) * | 2019-03-25 | 2019-11-29 | 惠州锂威电子科技有限公司 | 一种耐高温的锂离子电池隔膜 |
| CN111697187A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-09-22 | 天津力神电池股份有限公司 | 一种高安全复合隔膜及其制备方法 |
| CN112234221A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-15 | 贵州梅岭电源有限公司 | 一种基于强化传热的热电池 |
| CN112688022A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-20 | 安普瑞斯（无锡）有限公司 | 一种快速充放锂离子电池及其制备方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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