CN115051105B - 自支撑隔膜、包含自支撑隔膜的二次电池和用电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了自支撑隔膜、包含自支撑隔膜的二次电池和用电设备。所述自支撑隔膜包括高分子基体材料、功能填料和粘结剂，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为(50‑90):(5‑25):(5‑25)。本申请中的高分子基体材料用于形成隔膜的自支撑的“骨架”，使隔膜具有自支撑的特性，各物料成分于隔膜内分布均匀，粘接牢固，安全性能好。

Description

自支撑隔膜、包含自支撑隔膜的二次电池和用电设备
技术领域
本申请属于电池隔膜技术领域，具体涉及自支撑隔膜、包含自支撑隔膜的二次电池和用电设备。
背景技术
隔膜位于正极和负极之间，主要作用是将正负极活性物质分隔开，防止两极因接触而短路；此外在电化学反应时，能保持必要的电解液，形成离子移动的通道。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。目前，常规的隔膜包括传统隔膜和复合隔膜，其中传统隔膜主要为聚合物类隔膜，如聚丙烯(PP)隔膜或聚乙烯(PE)隔膜等；而常规的复合隔膜则通常借助基膜(隔膜层)维持隔膜结构稳定，在基膜的表面涂覆功能性浆料以于基膜表面形成功能层(如陶瓷层)，其结构示意图如图1所示。然而，传统隔膜和复合隔膜的安全性能均较差。
发明内容
本申请旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种自支撑隔膜，具有安全性能好的特点。
本申请还提出一种自支撑隔膜的制备方法。
本申请还提出一种包含上述自支撑隔膜的二次电池。
本申请还提出一种包含上述二次电池的用电设备。
本申请的第一方面，提出了一种自支撑隔膜，所述自支撑隔膜包括高分子基体材料、功能填料和粘结剂，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为(50-90):(5-25):(5-25)。
根据本申请实施例的一种自支撑隔膜，至少具有以下有益效果：本申请中隔膜为自支撑隔膜，其中的高分子基体材料用于形成自支撑的“骨架”，使隔膜具有自支撑的特性，代替了常规复合隔膜的基膜。相较于传统基膜与陶瓷层的复合隔膜，本申请中隔膜为一层膜，各物料成分于隔膜内分布更均匀，粘接牢固，安全性能更好(如在针刺实验中，针刺瞬间能有效的保护极片不短路)。
本发明所述自支撑隔膜由包括高分子基体材料、功能填料和粘结剂在内的原料混合后压制得到。
在本申请的一些实施方式中，所述自支撑隔膜的厚度为2-10μm。
在本申请的一些实施方式中，所述自支撑隔膜的厚度为4-7μm。
在本申请的一些实施方式中，所述高分子基体材料包括高分子纤维及高分子颗粒中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中，所述高分子纤维的平均长度为5nm-10mm，平均直径为1nm-10mm，平均长径比为200-5000。
根据本申请上述实施方式，至少具有以下有益效果：高分子纤维容易成型、柔韧性好、易于成膜。且高分子纤维的长度、尺寸也会对自支撑隔膜的强度、孔隙率等具有一定影响。高分子纤维的平均长度为5nm-10mm，平均直径为1nm-10mm，其分散难度低，所得自支撑隔膜的强度较高，隔膜孔隙率较优。相较于前述较优的平均长度、平均直径：若纤维长度过长，则分散难度增加，纤维长度过短，所得自支撑隔膜的强度较低；若纤维的平均直径过小，自支撑隔膜的强度较低，纤维的平均直径过大，则隔膜孔隙率较差。
在本申请的一些实施方式中，所述高分子纤维的平均长度为50-400μm，平均直径为100-200nm，平均长径比为(500-2000):1。
在本申请的一些实施方式中，所述高分子基体材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、共聚单体改性的聚偏二氟乙烯、纤维素、半纤维素及木质素中的至少一种。
聚丙烯，简称PP；聚乙烯，简称PE；聚四氟乙烯，简称PTFT；聚偏二氟乙烯，简称PVDF。
根据本申请上述实施方式，至少具有以下有益效果：高分子基体材料为化学惰性的材料，其容易成型、柔韧性好、易于成膜、保液性好、成本低。其中，纤维素和木质素具有成本低，来源充足，强度高，成本低廉等优势在造纸和建筑用料中被广泛应用，在锂电池材料中尤其是隔膜制造领域鲜有发现，本申请中创新性地采用纤维素、木质素为隔膜的高分子基体材料，制备成本更低，隔膜强度更高。
在本申请的一些实施方式中，所述高分子基体材料包括木质素。
在本申请的一些实施方式中，所述功能填料包括陶瓷材料及固态电解质材料中的至少一种。
根据本申请上述实施方式，至少具有以下有益效果：功能填料热稳定性好，具有隔热、吸收电解液、绝缘或者传输离子等作用，其中，隔膜引入具有传输离子能力的固态电解质，可显著提升隔膜的传输离子能力，所制得的锂离子电池的保液能力显著提高，提升电池的动力学性能和能量密度。因此，将本申请中的隔膜应用于电池中，电池的整体性能有大幅提升。
在本申请的一些实施方式中，所述陶瓷材料包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、勃姆石、氮化物、硼化物及碳化物中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中，所述固态电解质材料包括磷酸钛铝锂、磷酸锆铝锂、钛酸镧锂、钽掺杂锆酸镧锂、磷酸锡锂及磷酸铬铝锂中的至少一种。
磷酸钛铝锂，简称为LATP；磷酸锆铝锂，简称为LAZP；钛酸镧锂，简称为LLTO；钽掺杂锆酸镧锂，简称为LLZTO；磷酸锡锂，简称为LSP；磷酸铬铝锂，简称为LAGP。
在本申请的一些实施方式中，所述功能填料为功能填料颗粒。
在本申请的一些实施方式中，所述功能填料的平均粒径为0.5-5μm。
功能填料的粒径大小，对孔隙率、成本、电解液穿透的迂曲度具有一定的影响。功能填料的平均粒径为0.5-5μm，隔膜孔隙率、电解液穿透的迂曲度较好，成本较低。相较于功能填料的平均粒径为0.5-5μm，功能填料的平均粒径过小，孔隙率较高，则电解液穿透的迂曲度增加，粒径过大，孔隙率较低。通常较大的孔隙率，可以更好地吸收电解液。
在本申请的一些实施方式中，所述功能填料颗粒的平均粒径为0.5-2μm。
在本申请的一些实施方式中，所述功能填料的平均粒径为0.8-1.5μm。
在本申请的一些实施方式中，所述粘结剂为固体粘接纤维。
在本申请的一些实施方式中，所述固体粘接纤维的纤维长度为0.1-10μm。
在实际生产过程中，可根据隔膜所需厚度、宽度，选取更合适的固体粘接纤维长度。
在本申请的一些实施方式中，所述粘结剂为热膨胀性粘结剂。
根据本申请上述实施方式，至少具有以下有益效果：选用热膨胀性粘结剂，在高温下粘结剂可以快速膨胀，阻断电子网络减少热失控，提高隔膜的安全性能，从而可显著提升锂离子电池的安全性能。如在电池经过针刺等安全测试时，粘结剂通过受热膨胀，增大电阻抑制电池进一步发热，提高电池性能。
在本申请的一些实施方式中，所述粘结剂的热膨胀系数为5×10-6m/mK以上。
根据本申请上述实施方式，至少具有以下有益效果：所述粘结剂具有阻燃和热膨胀的特点，高热膨胀系数的粘结剂，可提升隔膜的粘结力及安全性。将所述隔膜应用在锂离子电池中在进行热安全测试时，隔膜不易燃烧，可随温度发生一定的热膨胀，提高电池电阻，抑制进一步发热，提高电池安全性。
在本申请的一些实施方式中，所述粘结剂的热膨胀系数为(5-300)×10-6m/mK。
在本申请的一些实施方式中，所述粘结剂的热膨胀系数为(20-80)×10-6m/mK。
在本申请的一些实施方式中，所述粘结剂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、缩醛、聚甲基丙烯酸、铸造型聚丙烯酸树脂、聚丙烯酸、醋酸纤维素、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚酰胺、聚氯乙烯及酚醛树脂类粘接剂中的至少一种。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，简称为ABS。
在本申请的一些实施方式中，所述酚醛树脂类粘接剂包括酚醛树脂及共聚单体改性的酚醛树脂中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为(65-75):(12.5-20):(12.5-22.5)。
根据本申请上述实施方式，至少具有以下有益效果：高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量之比，可进一步提高隔膜的自支撑特性，所得隔膜的粘结力、安全性更好，且可提高电池的容量保持率。
在本申请的一些实施方式中，所述自支撑隔膜中，所述高分子基体材料的质量分数为50-90％。
在本申请的一些实施方式中，所述自支撑隔膜中，所述高分子基体材料的质量分数为50-75％。
在本申请的一些实施方式中，所述自支撑隔膜中，所述功能填料的质量分数为5-25％。
在本申请的一些实施方式中，所述自支撑隔膜中，所述粘结剂的质量分数为5-25％。
本申请的第二方面，提出了一种自支撑隔膜的制备方法，采用干法制得所述自支撑隔膜，包括如下步骤：取所述自支撑隔膜的制备原料，压制，成型，得到所述自支撑隔膜，所述自支撑隔膜的制备原料包括高分子基体材料、功能填料和粘结剂。
锂离子电池由于具有使用寿命长、污染少、绿色环保优点，近年来在全球发展迅速，应用前景广泛，在电动汽车领域呈现井喷式增长。目前，锂离子电池制造工艺复杂、生产成本高昂，其中，涂布过程中需要使用大量的去离子水、有机溶剂，并需将所述去离子水、有机溶剂在涂布烘烤过程中去除，因此，涂布和烘烤等工艺步骤除了使锂离子电池制造成为能耗大户，也影响了环保需求。
具体地，目前常规的复合隔膜的制备方法不利于隔膜减薄，制造工序多，工艺复杂，且涉及多次涂覆、烘干步骤，能耗大，涂覆PVDF一般采用油性体系，生产过程中额外使用丙酮等有毒溶剂，对环境带来安全隐患，
根据本申请实施例的一种自支撑隔膜的制备方法，至少具有以下有益效果：所述制备方法采用干法制造，工艺简单，生产过程中无溶剂，节能环保，成本低。所得隔膜为自支撑隔膜，具有自支撑的特点。所述自支撑隔膜去除传统的基膜，有利于隔膜减薄。所述制备原料于隔膜内均匀分布，所得隔膜耐高温、高动力学性能好。将所述隔膜应用于锂离子电池中可提升锂离子电池的安全性能，使锂离子电池具备更强的产品竞争力。
在本申请的一些实施方式中，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为(50-90):(5-25):(5-25)。
在本申请的一些实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：
S1，将高分子基体材料、功能填料和粘结剂混合，得到物料混合物；
S2，所述物料混合物经热压成型，得到所述自支撑隔膜。
在本申请的一些实施方式中，步骤S1中，所述混合方式包括机械搅拌或气混分散。
在本申请的一些实施方式中，机械搅拌包括采用双行星分散机或捏合机分散机进行搅拌；气混分散包括采用气流磨装置或流化床进行搅拌。
在本申请的一些实施方式中，步骤S1中，采用双行星分散机将高分子基体材料、功能填料和粘结剂混合，得到物料混合物。
在实际生产过程中，可根据实际生产需要(如分散效果、生产效率等)，对双行星分散机的各项参数(如搅拌转速、分散时间等)进行调整。
在本申请的一些实施方式中，所述混合时间为10min-2h。
在本申请的一些实施方式中，所述混合时间为20-59min。
在本申请的一些实施方式中，所述双行星分散机的公转转速为20-30rpm。
在本申请的一些实施方式中，所述双行星分散机的自转转速为3200-3800rpm。
在本申请的一些实施方式中，步骤S2中，所述热压成型为压延成型。
在本申请的一些实施方式中，步骤S2中，采用辊压机进行热压成型。
在实际生产过程中，可根据实际产能、生产效率、优率的要求，对辊压机的各项参数(如辊压速度、轧辊温度等)进行调整。
在本申请的一些实施方式中，所述辊压机的辊压速度为5-15m/min。
在本申请的一些实施方式中，所述辊压机的轧辊温度为90-120℃。
在本申请的一些实施方式中，步骤S2中，所述物料混合物经热压成型，裁切，合卷，得到所述自支撑隔膜。
在实际生产过程中，可根据隔膜所需宽度、合卷要求，对裁切、合卷的各项工艺参数进行调整。
本申请的第三方面，提出了一种二次电池，所述二次电池包括上述自支撑隔膜。
本申请的第四方面，提出了一种用电设备，所述用电设备包括上述二次电池，所述二次电池用作所述用电设备的电源。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：
图1为常规复合隔膜的结构示意图；
图2为本申请实施例1中自支撑隔膜的结构示意图；
图3为本申请实施例4-6中自支撑隔膜组装得到电池的EIS测试结果图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。在本申请的描述中，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。
实施例1
本实施例制备了一种自支撑隔膜，其结构示意图如图2所示，采用干法制备所得，其制备过程包括：
(Ⅰ)混料：按质量之比为65:17.5:17.5的比例取高分子基体材料、功能填料和粘结剂，其中，高分子基体材料为PP纤维，其平均长度为100μm、平均直径为100nm；功能填料为氧化铝陶瓷，其平均粒径为1μm；粘结剂为聚丙烯酸纤维，其热膨胀系数为80×10-6m/mK，其纤维长度为0.1-10μm；
将高分子基体材料、功能填料和粘结剂进行混合，所述混合方式为采用双行星分散机进行混合得到物料混合物，其中，双行星分散机的公转转速为25rpm，自转转速为3500rpm，物料的混合时间为30min。
(Ⅱ)热压成型：采用辊压机对物料混合物进行热压成型，辊压速度为10m/min，轧辊温度为100℃，得到厚度为5μm的隔膜。其中，辊压原理包括：物料混合物粉末不断通过一对转动方向相反的轧辊的缝隙之间，依靠辊压压力轧制成型。
(Ⅲ)对步骤(Ⅱ)制得的隔膜进行裁切，合卷。
本实施例还公开了一种二次电池，包括本实施例制备得到的自支撑隔膜。其中，二次电池的组装过程可以选用卷绕工艺，也可选择叠片工艺。
本实施例还公开了一种用电设备，包括本实施例制备得到二次电池，所述二次电池用作所述用电设备的电源。
实施例2
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中采用的高分子基体材料为木质素纤维，其平均长度为100μm、平均直径为100nm。
实施例3
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例1的不同之处在于：本实施例中采用的粘结剂为聚氯乙烯纤维，其热膨胀系数为234×10-6m/mK。
实施例4
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例1的不同之处在于：本实施例中采用的粘结剂为酚醛树脂类粘结剂。
实施例5
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例4的不同之处在于：本实施例中采用的功能填料为磷酸钛铝锂(LATP)，其平均粒径为1μm。
实施例6
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例5的不同之处在于：本实施例中采用的高分子基体材料为木质素纤维，其平均长度为10μm、平均直径为100nm。
实施例7
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中木质素纤维、LATP和酚醛树脂类粘结剂的质量之比为65:20:15。
实施例8
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中木质素纤维、LATP和酚醛树脂类粘结剂的质量之比为65:22.5:12.5。
实施例9
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中木质素纤维、功能填料和酚醛树脂类粘结剂的质量之比为65:12.5:22.5。
实施例10
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中木质素纤维、功能填料和酚醛树脂类粘结剂的质量之比为75:12.5:12.5。
实施例11
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中木质素纤维的平均长度为50μm，平均直径为100nm。
实施例12
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中木质素纤维的平均长度为400μm，平均直径为200nm。
实施例13
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中功能填料LATP的平均粒径为0.5μm。
实施例14
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中功能填料LATP的平均粒径为1.5μm。
实施例15
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中功能填料LATP的平均粒径为2μm。
实施例16
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中木质素纤维、功能填料和酚醛树脂类粘结剂的质量之比为90:5:5。
实施例17
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中木质素纤维、功能填料和酚醛树脂类粘结剂的质量之比为50:25:25。
实施例18
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中功能填料为LLTO，其平均粒径为1μm。
实施例19
本实施例制备了一种自支撑隔膜，与实施例6的不同之处在于：本实施例中功能填料为LSP，其平均粒径为1μm。
对比例1
本对比例公开了一种隔膜，为商用PE隔膜，厚度为7μm，隔膜厂家：苏州捷力新能源材料有限公司，型号：J-GP-CU7M。
对比例2
本对比例公开了一种隔膜，为商用复合隔膜，由相连的PP基膜和陶瓷涂覆层组成，厚度为5μm，隔膜厂家：珠海恩捷新材料科技有限公司，型号：HC5-106。
上述实施例制备自支撑隔膜的具体参数如表1所示：
表1
Figure BDA0003708506960000111
Figure BDA0003708506960000121
试验例
将实施例及对比例得到的隔膜组装成软包电池。软包电池组装过程如下：
(1)正极片的制备：
采用湿法匀浆工艺制备磷酸铁锂正极片：以磷酸铁锂：导电碳黑：PVDF质量比例为96％：2.5％：1.5％采用湿法匀浆工艺制备出分散均匀的浆料，然后通过挤压涂布方式制备出正极片，再经过辊压，分条，裁片等步骤制备出待用正极片。
(2)负极片的制备
采用湿法匀浆工艺制备石墨负极片：以石墨：导电碳黑：SBR：CMC质量比例为96％：1％：2％：1％采用湿法匀浆工艺制备出分散均匀的浆料，然后通过挤压涂布方式制备出负极膜，再经过辊压，分条，裁片等步骤制备出待用负极片。
(3)电解液的制备
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)按照质量比为3:3:4混合均匀，加入锂盐、碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯。锂盐为LiPF6。以电解液总质量计，电解液中LiPF6的质量百分含量为12.5％，碳酸亚乙烯酯的质量百分含量为2％，硫酸乙烯酯的质量百分含量为2％。
(4)软包电池的制备
采用实施例及对比例得到的隔膜，与正负极片合卷，入壳，烘烤，注液，一封，化成，二封，分容等工序，得到软包电池。
测试所得电池的电池保液量、倍率性能、安全性能(电池针刺)。具体测试方法如下：
(1)保液能力测试：电池保液量根据：注液量-(一封重量-二封重量-裁掉壳体的重量)计算公式得出；
(2)倍率性能测试参数：
1)搁置10min；
2)1C恒流充电至3.7V然后转至恒压充电至电流为0.05C；
3)搁置5min；
4)0.33C恒流放电至2.5V；
5)搁置5min；
6)1C恒流充电至3.7V然后转至恒压充电至电流为0.05C；
7)搁置5min；
8)0.5C恒流放电至2.5V；
9)搁置5min；
10)循环步骤6至9，依次完成1C/5C倍率放电；
采集记录：10S。
(3)电池针刺测试根据：GB/T 31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》要求钢针垂直穿刺单体电池后，需停留在电池中观察1小时，不起火、不爆炸才算通过测试。
上述测试结果如表2所示：
表2实施例1-19及对比例1-2隔膜性能测试结果表
Figure BDA0003708506960000131
Figure BDA0003708506960000141
由表2可知：
对比实施例1和实施例2发现，木质素的引入可以大幅提高电池的保液能力，因此在5C的放电倍率下能保证较高容量保持率。
对比实施例1、实施例3和实施例4发现，在基本一致的保液量下，粘结剂对针刺通过率也有一定影响，酚醛树脂类粘结剂使用效果较好，原因是酚醛树脂类粘结剂不仅具有阻燃性能，而且电池发热过程，酚醛树脂类粘结剂受热膨胀提高了电池内阻。此外，酚醛树脂受热分解会产生水、CO2、甲醛等气体，使极片膨胀，进一步抑制材料发热，从而有效保护电池。
对比实施例4和实施例5发现，在基本一致的保液量下，实施例5保持较高的容量保持率，这是因为引入LATP电解质颗粒有利于锂离子传输，提高电池动力学性能。
由实施例6的实验结果可知，在粘结剂纤维选择具有一定阻燃效果的酚醛树酯类材料后，结合木质素和固态电解质材料搭配使用，针刺通过率更是高达100％，容量保持率高达98.7％，表现较大的应用潜力。
对比实施例6、7、8和10发现，随功能填料和木质素纤维增多，电池保液量有轻微上升，但是针刺通过率缺明显下降，这可能是因为粘结剂的减少，导致自制隔膜结构不稳定所致。
对比实施例6和9发现，随粘结剂添加量增加，电池保液量下降，这是由于粘结剂过量热压后形成致密胶层，影响隔膜的电解液吸收。
对比实施例6、11和12发现，使用不同长径比的木质素(长径比为500:1-2000:1)，对电池性能无明显影响，所得电池的性能均较优。
对比实施例6、13、14和15发现，使用不同粒径的LATP，随LATP粒径增大，安全性有轻微降低，这是由于大粒径颗粒间空隙较大，导致热稳定差。
对比实施例6和实施例16发现，当高分子基体材料、固态电解质材料功能填料和粘结剂的质量比为90:5:5时，针刺通过率(30％)较低，但仍高于对比例1和对比例2所述常规隔膜，这主要是自支撑隔膜的结构不稳定所导致的。
对比实施例6和实施例17发现，当高分子基体材料、固态电解质材料功能填料和粘结剂的质量比为50:25:25时，容量保持率较低，这主要是由于实施例17使用了较多粘结剂，不利于离子传输，隔膜的绝缘性增强，透气性降低。
对比实施例6、18和19发现，使用不同的固态电解质材料，LATP表现出较高的容量保持率。
对比实施例1和对比例1发现，商用PP/PE隔膜不具有安全效果，5C下容量保持率较低，原因是常规隔膜保液效果较差。
对比实施例1和对比例2发现，商用的PP+陶瓷隔膜具有一定的安全效果，然相较于干法制备的隔膜，其安全性能较差，原因是干法制备的隔膜粘结剂和功能填料分布更均匀，粘接牢固，在针刺瞬间能有效的保护极片不短路。
另外对实施例4、实施例5、实施例6制备的电池放电到50％SOC，进行EIS(交流阻抗测试)测试。
EIS测试参数为：设置频率：低频0.01Hz，高频100KHz。EIS测试结果如图3所示：从半圆弧度来看，实施例5与实施例4相比，实施例5使用固态电解质颗粒，加快了离子传输，离子传输阻抗(Rct)降低表现出较小的半圆弧直径；实施例5与实施例6相比，实施例6使用木质素纤维作为高分子基底材料，吸液量较高，有利于离子传输。
综上，本申请公开了一种高安全、高倍率性能新型隔膜，将所述隔膜应用于电池，所得电池的倍率和安全性能有大幅提升。具体地，本申请中的自支撑隔膜：①通过热压等方式制备出更薄、更紧密的“隔离膜”，有利于隔膜减薄；②通过引入具有传输离子能力的固态电解质材料，提高所得电池的保液能力，提升锂离子电池的动力学性能和能量密度；③另外当高分子基体材料选择纤维素、木质素时，能提高隔膜对电解液的润湿能力，进一步提高电池动力学性能；④本申请选择具有一定热膨胀能力的粘结剂，在电池经过针刺等安全测试时，通过粘结剂受热膨胀，增大电阻抑制电池进一步发热，提高电池性能；选择具有一定阻燃和热膨胀性能的粘结剂纤维，可以提高电池的安全性能。
本申请以降低成本，提升电池整体性能兼顾电池安全为出发点，提供了一种采用干粉制造的高安全、高倍率性能新型隔膜，生产过程中完全无溶剂，工艺简单，节能环保，成本降低；所得隔膜去除传统复合隔膜的基膜，取消基膜后，耐高温填料层的厚度可以增加，电池耐穿刺等性能可提升；选用高热膨胀粘结剂，在高温下可以快速膨胀阻断电子网络减少热失控，可显著提升锂离子电池的安全性能；选用具有离子传输能力的含锂固态电解质材料作功能填料，可以摆脱传统隔膜对透气性和空隙率的要求，在降低孔隙率同时，减少材料用量，同时提高锂离子电池动力学性能；使用木质素等纤维作为高分子基体材料可以大幅提高材料保液性，弥补孔隙率不足保液不够的问题，进一步提高电池的动力学性能。
需要说明的是，本文中涉及数值的“约”的含义均为误差±2％。
上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.自支撑隔膜，其特征在于，所述自支撑隔膜包括高分子基体材料、功能填料和粘结剂，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为（50-90）:（5-25）:（5-25）；
所述高分子基体材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、共聚单体改性的聚偏二氟乙烯、纤维素、半纤维素及木质素中的至少一种；
所述功能填料包括陶瓷材料及固态电解质材料中的至少一种；
所述粘结剂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、缩醛、聚甲基丙烯酸、铸造型聚丙烯酸树脂、聚丙烯酸、醋酸纤维素、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚酰胺、聚氯乙烯及酚醛树脂类粘接剂中的至少一种；
所述自支撑隔膜采用干法制得，所述自支撑隔膜的制备方法包括如下步骤：
S1，将高分子基体材料、功能填料和粘结剂混合，得到物料混合物；
S2，所述物料混合物经热压成型，得到所述自支撑隔膜。
2.根据权利要求1所述的自支撑隔膜，其特征在于，所述高分子基体材料、功能填料和粘结剂的质量比为（65-75）:（12.5-20）:（12.5-22.5）。
3.根据权利要求1所述的自支撑隔膜，其特征在于，所述陶瓷材料包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、勃姆石、氮化物、硼化物及碳化物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的自支撑隔膜，其特征在于，所述固态电解质材料包括磷酸钛铝锂、磷酸锆铝锂、钛酸镧锂、钽掺杂锆酸镧锂、磷酸锡锂及磷酸铬铝锂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的自支撑隔膜，其特征在于，所述功能填料的平均粒径为0.5-5μm。
6.根据权利要求1所述的自支撑隔膜，其特征在于，所述粘结剂的热膨胀系数为5×10- 6m/mK以上。
7.二次电池，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的自支撑隔膜。
8.用电设备，其特征在于，包括权利要求7所述的二次电池，所述二次电池用作所述用电设备的电源。
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