CN116111281B - 一种隔膜、电化学装置和电子装置 - Google Patents

一种隔膜、电化学装置和电子装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种隔膜、电化学装置和电子装置，其中，隔膜包括基材和设置于基材至少一个表面上的陶瓷涂层，陶瓷涂层包括第一填料、第二填料和粘结剂，第一填料、第二填料和粘结剂的质量比为(88.5至99):(0.5至10):(0.5至1.5)；陶瓷涂层的离子阻抗为0.001Ω至0.15Ω。通过上述设置得到的隔膜具有较低的离子阻抗，表明隔膜的动力学性能得到提高，将本申请的隔膜应用于电化学装置中，电化学装置的动力学性能得到提高。

Description

一种隔膜、电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及电化学技术领域，特别是涉及一种隔膜、电化学装置和电子装置。
背景技术
电化学装置（例如锂离子电池）作为一种新型的可移动储能装置，具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长、安全性好等优点，广泛应用于电能储存、移动电子设备、电动汽车和航天航空设备等各个领域。
其中，隔膜是影响锂离子电池性能的重要参数之一，开发一种能够提高锂离子电池的动力学性能的隔膜成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种隔膜、电化学装置和电子装置，以提高隔膜的动力学性能，从而提高电化学装置的动力学性能。具体技术方案如下：
需要说明的是，本申请的发明内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下：
本申请第一方面提供了一种隔膜，包括基材和设置于基材至少一个表面上的陶瓷涂层，陶瓷涂层包括第一填料、第二填料和粘结剂，第一填料、第二填料和粘结剂的质量比为(88.5至99):(0.5至10):(0.5至1.5)；陶瓷涂层的离子阻抗为0.001Ω至0.15Ω。
优选地，第一填料、第二填料和粘结剂的质量比为(96至98):(1至3.5):(0.5至1.5)；
优选地，陶瓷涂层的离子阻抗为0.001Ω至0.1Ω。
在本申请的一些实施方案中，第一填料的比表面积为BET1，第二填料的比表面积为BET2，隔膜满足以下条件（1）至（4）中的至少一者：（1）5m2/g≤BET1≤50m2/g；（2）100m2/g≤BET2≤500m2/g；（3）2.5≤BET2/BET1≤100；（4）所述粘结剂的水溶解温度为50℃至100℃。
在本申请的一些实施方案中，隔膜满足以下条件（1）至（4）中的至少一者：（1）15m2/g≤BET1≤30m2/g；（2）150m2/g≤BET2≤400m2/g；（3）12≤BET2/ BET1≤50；（4）粘结剂的水溶解温度为50℃至80℃。
在本申请的一些实施方案中，第一填料的平均粒径为Dv50a，80nm≤Dv50a≤1000nm。优选地，80nm≤Dv50a≤400nm。
在本申请的一些实施方案中，第二填料的平均粒径为Dv50b，10nm≤Dv50b≤100nm。优选地，15nm≤Dv50b≤50nm。
在本申请的一些实施方案中，第一填料和第二填料的材料各自独立地包括勃姆石、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化镁、莫来石、碳化硅、氮化硅、氮化硼或氮化铝中的至少一种；粘结剂的材料包括聚乙烯醇、羟甲基纤维素或聚乙烯醇缩甲醛中的至少一种。
在本申请的一些实施方案中，陶瓷涂层的粘结力为30N/m至100N/m，优选为40N/m至80N/m。
在本申请的一些实施方案中，隔膜沿自身长度方向的热收缩率为1%至5%，隔膜沿自身宽度方向的热收缩率为1%至5%。
本申请第二方面提供了一种电化学装置，其包括前述任一实施方案所述的隔膜。
本申请第三方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案所述的电化学装置。
本申请实施例有益效果：
本申请实施例提供了一种隔膜、电化学装置和电子装置，其中，隔膜包括基材和设置于基材至少一个表面上的陶瓷涂层，陶瓷涂层包括第一填料、第二填料和粘结剂，第一填料、第二填料和粘结剂的质量比为(88.5至99):(0.5至10):(0.5至1.5)；陶瓷涂层的离子阻抗为0.001Ω至0.15Ω。通过上述设置得到的隔膜具有较低的离子阻抗，表明隔膜的动力学性能得到提高，将本申请的隔膜应用于电化学装置中，电化学装置的动力学性能得到提高。
当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本申请一些实施方案中的隔膜沿自身厚度方向的剖面结构示意图；
图2为本申请另一些实施方案中的隔膜沿自身厚度方向的剖面结构示意图；
图3为本申请一些实施方案中的隔膜结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的具体实施方式中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下：
本申请第一方面提供了一种隔膜，为方便理解，在本申请中，定义隔膜自身宽度方向为X，自身长度方向为Y，自身厚度方向为Z。应理解，以上对于方向的定义是为了方便描述本申请的目的，可以根据附图与实际产品元素的相对位置来理解本申请定义的方向。并且，基材和陶瓷涂层自身的宽度方向、长度方向和厚度方向与隔膜相同。如图1至图3所示，隔膜10包括基材11和设置于基材11至少一个表面上的陶瓷涂层12，陶瓷涂层12包括第一填料、第二填料和粘结剂，第一填料、第二填料和粘结剂的质量比为(88.5至99):(0.5至10):(0.5至1.5)；陶瓷涂层的离子阻抗为0.001Ω至0.15Ω。
第一填料的质量占比小于88.5%，质量占比过小，第二填料和粘结剂的含量随之增大，将降低隔膜的离子阻抗，影响电化学装置的动力学、倍率性能和循环性能；第一填料的质量占比大于99%，质量占比过大，第二填料和粘结剂的含量随之减小，第二填料和粘结剂的含量不足以粘接第一填料，从而将降低陶瓷涂层的粘结力，隔膜使用过程中陶瓷涂层脱落的风险提高，电化学装置的安全性能降低。
例如，陶瓷涂层的离子阻抗为0.001Ω、0.0015Ω、0.002Ω、0.003Ω、0.004Ω、0.005Ω、0.01Ω、0.03Ω、0.05Ω、0.07Ω、0.09Ω、0.11Ω、0.13Ω、0.15Ω或上述任两个数值范围间的任一数值。隔膜的离子阻抗处于上述范围内，表明隔膜具有较低的离子阻抗。这样，带电粒子（如锂离子和电子）在正极极片和负极极片内传质，锂离子在电解液中传质，锂离子在隔膜中传质以及电解液在正极极片、负极极片和隔膜之间孔隙的传质性能之和，能够减小锂离子在隔膜中传质的阻力，从而改善电化学装置的动力学性能。
整体而言，本申请通过调控陶瓷涂层中第一填料、第二填料和粘结剂的质量比，使陶瓷涂层的离子阻抗调控在上述范围内，以降低隔膜的离子阻抗。这样，隔膜的动力学性能得到改善。将本申请的隔膜应用于电化学装置中，能够提高电化学装置的动力学性能。并且，也能够提高电化学装置的循环性能和安全性能。
上述“设置于基材至少一个表面上的陶瓷涂层”是指，陶瓷涂层设置于基材沿自身厚度方向的一个表面上，或者陶瓷涂层设置于基材沿自身厚度方向的两个表面上。示例性地，如图1所示，隔膜10包括基材11和陶瓷涂层12，陶瓷涂层12设置于基材11沿自身厚度方向Z的一个表面11a上，当然，陶瓷涂层12也可以设置于基材11沿自身厚度方向Z的另一个表面11b上。如图2所示，隔膜10包括基材11和陶瓷涂层12，陶瓷涂层12设置于基材11沿自身厚度方向Z的两个表面上。
在本申请的一些实施方案中，第一填料的比表面积为BET1，5m2/g≤BET1≤50m2/g。例如，第一填料的比表面积BET1为5m2/g、10m2/g、15m2/g、20m2/g、25m2/g、30m2/g、35m2/g、40m2/g、45m2/g、50m2/g或上述任两个数值范围间的任一数值。将第一填料的比表面积BET1调控在上述范围内，第一填料具有合适的平均粒径，能够减小由于陶瓷涂层的厚度增大导致电化学装置体积能量密度降低的风险；第一填料在制备陶瓷涂层浆料时，由于平均粒径较小而发生团聚的风险得以降低，使得第一填料在陶瓷涂层浆料中能够均匀分散。这样，隔膜具有合适的透气度、离子阻抗和热收缩率，隔膜的动力学性能和耐热性能得到提高。由此，将本申请的隔膜应用于电化学装置中，有利于提高电化学装置的动力学性能和热安全性能。并且，也能够提高电化学装置的倍率性能、循环性能和安全性能。
优选地，15m2/g≤BET1≤30m2/g。例如，BET1为15m2/g、20m2/g、25m2/g、30m2/g或上述任两个数值范围间的任一数值。将第一填料的比表面积BET1调控在上述优选范围内，隔膜动力学性能和耐热性能的改善效果更优。
在本申请的一些实施方案中，第二填料的比表面积为BET2，100m2/g≤BET2≤500m2/g。第二填料具有高比表面积，从而具有较高的表面能，第二填料各粒子之间聚集形成一定的粘接效果，兼具填料和粘结剂的功能，能够替代大部分的粘结剂。例如，第二填料的比表面积BET2为100m2/g、150m2/g、200m2/g、250m2/g、300m2/g、350m2/g、400m2/g、450m2/g、500m2/g或上述任两个数值范围间的任一数值。将第二填料的比表面积BET2调控在上述范围内，第二填料对第一填料的粘接性能较好，粘结剂的含量随之减少，粘结剂成膜粘接堵孔效应较弱。并且，第二填料在陶瓷浆料中分散的稳定性较高，有利于其作用的发挥。这样，隔膜的离子阻抗和热收缩率较小，隔膜的动力学降低。隔膜的动力学性能和耐热性能得到提高。由此，将本申请的隔膜应用于电化学装置中，有利于提高电化学装置的动力学性能和热安全性能。并且，也能够提高电化学装置的倍率性能、循环性能和安全性能。
优选地，150m2/g≤BET2≤400m2/g。例如，BET2为150m2/g、200m2/g、250m2/g、300m2/g、350m2/g、400m2/g或上述任两个数值范围间的任一数值。将第二填料的比表面积BET2调控在上述优选范围内，隔膜动力学性能和耐热性能的改善效果更优。
在本申请的一些实施方案中，2.5≤BET2/BET1≤100。例如，BET2/BET1的值为2.5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或上述任两个数值范围间的任一数值。BET2/BET1的值调控在上述范围内，第二填料对第一填料的粘接性能较好，粘结剂的含量随之减少，粘结剂成膜粘接堵孔效应较弱。并且，第二填料在陶瓷浆料中分散的稳定性较高，有利于其作用的发挥。这样，隔膜的离子阻抗和热收缩率较小，隔膜的动力学降低。隔膜的动力学性能和耐热性能得到提高。由此，将本申请的隔膜应用于电化学装置中，有利于提高电化学装置的动力学性能和热安全性能。并且，也能够提高电化学装置的倍率性能、循环性能和安全性能。
优选地，12≤BET2/BET1≤50。例如，BET2/BET1的值为12、20、30、40、50或上述任两个数值范围间的任一数值。将BET2/BET1的值调控在上述优选范围内，隔膜动力学性能和耐热性能的改善效果更优。
在本申请的一些实施方案中，粘结剂的水溶解温度为50℃至100℃。例如，粘结剂的水溶解温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃或上述任两个数值范围间的任一数值。粘结剂的水溶解温度调控在上述范围内，隔膜制备过程中，隔膜的陶瓷涂层中粘结剂发生溶解致使陶瓷涂层脱落以及粘结剂二次溶解后成膜堵孔的风险降低；且粘结剂在溶解过程中，能耗较小，能够减少电化学装置的加工成本。由此，隔膜具有良好的动力学性能和耐热性能的情况下，具有良好的加工性能。
优选地，粘结剂的水溶解温度为50℃至80℃。例如，粘结剂的水溶解温度为50℃、55℃、60℃、70℃、80℃或上述任两个数值范围间的任一数值。将粘结剂的水溶解温度调控在上述优选范围内，隔膜具有良好的动力学性能和耐热性能的情况下，其加工性能更优。
本申请对粘结剂的水溶解温度的调控方式没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，可以通过选用不同种类的粘结剂、调控粘结剂材料的醇解度等方式来实现。在一些实施例中，粘结剂的醇解度为80%至99%。
在本申请的一些实施方案中，第一填料的平均粒径为Dv50a，80nm≤Dv50a≤1000nm。优选地，80nm≤Dv50a≤400nm。例如，第一填料的平均粒径Dv50a为80nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm或上述任两个数值范围间的任一数值。将第一填料的平均粒径Dv50a调控在上述范围内，有利于使第一填料的比表面积BET1处于本申请范围内，能够增大第一填料颗粒的堆积密度。这样，陶瓷涂层的结构稳定性得到提高，隔膜受热发生收缩的概率降低，从而使隔膜的耐热性能得到提高。
在本申请的一些实施方案中，第二填料的平均粒径为Dv50b，10nm≤Dv50b≤100nm。优选地，15nm≤Dv50b≤50nm。例如，第二填料的平均粒径Dv50b为10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或上述任两个数值范围间的任一数值。将第二填料的平均粒径Dv50b调控在上述范围内，有利于使第二填料的比表面积BET2处于本申请范围内。这样，第二填料能够兼顾填料和粘结剂的作用，降低粘结剂的用量，以减少粘结剂成膜粘接堵孔效应，提高高温下陶瓷涂层的粘接强度，从而降低隔膜的离子阻抗，改善隔膜的耐热性能。这样，隔膜的动力学性能和耐热性能得到改善。
在本申请中，Dv50a表示第一填料颗粒在体积基准的粒度分布中，从小粒径侧起，达到体积累积50%的粒径。Dv50b表示第二填料颗粒在体积基准的粒度分布中，从小粒径侧起，达到体积累积50%的粒径。
本申请对第一填料和第二填料的比表面积、平均粒径的调控方式没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，可以通过如下两种方式来实现：（1）第一填料和第二填料合成过程中调节粒径尺寸，同时实现第一填料和第二填料比表面积的调控；（2）第一填料和第二填料合成过程中，通过改变反应条件（如温度、压力、助剂等），调控第一填料和第二填料颗粒生长速率，从而调控第一填料和第二填料颗粒表面疏松程度，进而调控第一填料和第二填料颗粒的比表面积。
本申请对陶瓷涂层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，陶瓷涂层的厚度为0.2μm至2μm。
在本申请的一些实施方案中，第一填料和第二填料的材料各自独立地包括勃姆石、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化镁、莫来石、碳化硅、氮化硅、氮化硼或氮化铝中的至少一种；第一填料和第二填料的材料种类可以相同或不同。粘结剂的材料包括聚乙烯醇、羟甲基纤维素或聚乙烯醇缩甲醛中的至少一种。上述种类的填料具有良好的硬度、电化学稳定性、耐热性，上述种类的粘结剂具有高效的粘结力、耐热性。选用上述种类的第一填料、第二填料和粘结剂，有利于降低隔膜的离子阻抗和热收缩率，从而改善隔膜的动力学性能和耐热性能。
在本申请的一些实施方案中，陶瓷涂层的粘结力为30N/m至100N/m，优选为40N/m至80N/m。例如，陶瓷涂层的粘结力为30N/m、40N/m、50N/m、60N/m、70N/m、80N/m、90N/m、100N/m或上述任两个数值范围间的任一数值。陶瓷涂层的粘结力处于上述范围内，表明陶瓷涂层具有较好的粘接性能，这样，陶瓷涂层脱落的风险较小，将隔膜应用于电化学装置中，电化学装置具有良好的安全性能。
在本申请的一些实施方案中，陶瓷涂层的透气度为5s/100CC至20s/100CC。例如，陶瓷涂层的透气度为5s/100CC、8s/100CC、11s/100CC、14s/100CC、17s/100CC、20s/100CC或上述任两个数值范围间的任一数值。陶瓷涂层的透气度处于上述范围内，表明陶瓷涂层具有较小的透气度，陶瓷涂层具有良好的孔隙通透性。这样，隔膜具有较小的离子阻抗，有利于电化学装置中锂离子导通，从而提高电化学装置的动力学性能。
在本申请的一些实施方案中，隔膜沿自身长度方向的热收缩率为1%至5%，隔膜沿自身宽度方向的热收缩率为1%至5%。例如，隔膜沿自身长度方向的热收缩率为1%、2%、3%、4%、5%或上述任两个数值范围间的任一数值。隔膜沿自身宽度方向的热收缩率为1%、2%、3%、4%、5%或上述任两个数值范围间的任一数值。电化学装置热安全性能主要指电化学装置内部产热/环境加热电化学装置，电化学装置不发生热失控的性能。电化学装置中隔膜隔离正极极片和负极极片以避免内部短路产生热失控。本申请中隔膜沿自身长度方向和自身宽度方向的热收缩率处于上述范围内，表明隔膜具有较小的热收缩率。这样，电化学装置由于受热致使隔膜收缩导致正极极片和负极极片接触发生短路风险得以降低，从而使电化学装置热失控的风险降低。由此，电化学装置的热安全性能得以改善。
在本申请的一些实施方案中，基材包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(邻苯二甲酰亚胺醚砜酮)、聚间苯二甲酰胺、纤维素及其混合物中的至少一种。上述混合物包括但不限于棉花纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和木质纤维。选用上述种类的基材，更利于电解液的传输，使隔膜对电解液的浸润性和吸收率较高，以提高二次电池的循环性能和安全性能。
本申请对基材的孔隙率、厚度等常规参数没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，基材的厚度为2μm至7μm。
本申请对隔膜的制备方法没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，可以采用以下步骤制备隔膜：
（1）将本申请中的第一填料、第二填料和粘结剂按照本申请范围内的质量百分含量混合均匀，制备得到固含量为10wt%至50wt%的陶瓷涂层浆料；
（2）在基材的至少一个表面上涂布陶瓷涂层浆料，经烘干后得到隔膜。
本申请第二方面提供了一种电化学装置，其包括前述任一实施方案所述的隔膜。因此，电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
在本申请的一些实施方案中，电化学装置包括包装袋、电极组件和电解液，电极组件和电解液容纳于包装袋中。本申请对电极组件的结构没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，电极组件的结构为叠片结构或卷绕结构。电极组件包括正极极片、负极极片和本申请前述任一方案所述的隔膜，隔膜设置于正极极片和负极极片之间。
本申请对正极极片没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极极片包含正极集流体和正极活性材料层。本申请对正极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极集流体可以包含铝箔、铝合金箔或复合集流体等。本申请的正极活性材料层包含正极活性材料。本申请对正极活性材料的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极活性材料可以包含镍钴锰酸锂（如NCM811、NCM622、NCM523、NCM111等）、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂等中的至少一种。在本申请中，正极活性材料还可以包含非金属元素，例如非金属元素包括氟、磷、硼、氯、硅或硫中的至少一种，这些元素能进一步提高正极活性材料的稳定性。在本申请中，对正极集流体和正极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极集流体的厚度为5μm至20μm，优选为6μm至18μm。单面正极活性材料层的厚度为30μm至120μm。在本申请中，正极活性材料层可以设置于正极集流体厚度方向上的一个表面上，也可以设置于正极集流体厚度方向上的两个表面上。任选地，正极活性材料层还可以包括导电剂和粘结剂。本申请对正极活性材料层中的导电剂和粘结剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。本申请对正极活性材料层中正极活性材料、导电剂、粘结剂的质量比没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极活性材料层中正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为(97.5~97.9):(0.8~1.7):(1.0~2.0)。
本申请对负极极片没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极极片包含负极集流体和负极活性材料层。本申请对负极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极集流体可以包含铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍或泡沫铜等。本申请的负极活性材料层包含负极活性材料。本申请对负极活性材料的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极活性材料可以包含天然石墨、人造石墨、中间相微碳球（MCMB）、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、SiOx（0<x<2）、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的钛酸锂Li4Ti5O12、Li-Al合金或金属锂中的至少一种。在本申请中，对负极集流体、负极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极集流体的厚度为6μm至10μm，负极活性材料层的厚度为30μm至130μm。任选地，负极活性材料层还可以包括导电剂、稳定剂、粘结剂中的至少一种。本申请对负极活性材料层中的导电剂、稳定剂和粘结剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。本申请对负极活性材料层中负极活性材料、导电剂、稳定剂和粘结剂的质量比没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极活性材料层中负极活性材料、导电剂、稳定剂和粘结剂的质量比为(97~98):(0.5~1.5):(0~1.5):(1.0~1.9)。
本申请对包装袋和电解液没有特别限制，可以为本领域公知的包装袋和电解液，只要能够实现本申请目的即可。
本申请对电化学装置的种类没有特别限制，其可以包括发生电化学反应的任何装置。例如，电化学装置可以包括但不限于：锂金属二次电池、锂离子二次电池（锂离子电池）、钠离子二次电池（钠离子电池）、锂聚合物二次电池、锂离子聚合物二次电池。
本申请对电化学装置的制备方法没有特别限制，可以选用本领域公知的制备方法，只要能够实现本申请目的即可。例如电化学装置的制备方法包括但不限于如下步骤：将正极极片、隔膜和负极极片按顺序堆叠，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的电极组件，将电极组件放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置；或者，将正极极片、隔膜和负极极片按顺序堆叠，然后将整个叠片结构的四个角固定好得到叠片结构的电极组件，将电极组件放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置。
本申请第三方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案所述的电化学装置。因此，电子装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
本申请的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。例如，电子装置可以包括但不限于：笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器。
实施例
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。
测试方法和设备：
锂离子电池动力学性能的测试：
1、锂离子电池直流电阻测试（DCR）：首先，给各实施例和对比例的锂离子电池强制施加1s的短时恒定电流I=10A，此时锂离子电池的电压随时间而发生变化ΔU。再根据欧姆定律R＝ΔU／Ｉ计算出锂离子电池的直流内阻。各实施例和对比例2至对比例4的记为R2，对比例1的记为R1。
直流内阻减少值ΔR=R2-R1。
2、锂离子电池低温放电性能测试（HL Temp）：首先，以1C恒流充电使锂离子电池满充；其次，将锂离子电池置于低温测试箱，降温至-20℃并放电至3V，记录锂离子电池放电容量Q（其中，各实施例和对比例2至对比例4的记为Q2，对比例1的记为Q1），即为锂离子电池低温放电能力。
低温放电性能改善率（%）=[（Q2-Q1）/Q1] ×100%。
以上述锂离子电池的直流内阻减少值ΔR和低温放电性能改善率来共同表征锂离子电池的动力学性能，直流内阻减少值ΔR和低温放电性能改善率越大，表示锂离子电池的动力学性能越好。
锂离子电池热安全性能的测试：
锂离子电池热箱测试：首先，锂离子电池以1.5C进行满充；其次，将满充锂离子电池置于烘箱，5℃/min升温至135℃并保温1h，锂离子电池不起火不爆炸即通过测试。各实施例和对比例选用100个锂离子电池进行测试，热箱测试通过率=通过测试的个数/100×100%，以热箱测试通过率表征锂离子电池的热安全性能，热箱测试通过率越高，表示锂离子电池的热安全性能越好。
比表面积的测试：
采用BSD-660 高性能比表面积及孔径分析仪测试。
平均粒径的测试：
采用马尔文高灵敏纳米粒度分析仪（Malvern, Master Size 3000)测试。
陶瓷涂层的粘结力的测试：
采用GB/T 5210-1985国家标准的涂层附着力的测定法测试基材与陶瓷涂层粘结力。将制备好的隔膜裁切成15mm×54.2mm小条，按照GB/T 5210-1985国家标准的涂层附着力的测定法标准测试粘结力。
陶瓷涂层的透气度的测试：
采用Gurley自动葛尔莱式透气度试验机透气度测试仪分别测试基材和设有陶瓷涂层隔膜的透气度（G1和G2），陶瓷涂层透气度=G2-G1。
离子阻抗的测试：
采用电化学阻抗谱（EIS）测试陶瓷涂层的离子阻抗，具体测试方法为先测试基材阻抗，再测试隔膜阻抗，两者差值即为陶瓷涂层阻抗。
热收缩率的测试：
将各实施例和对比例的隔膜冲压成长×宽=72.5mm×54.2mm的样品，将样品平整的置于两张A4纸之间后，放入150°恒温烘箱静置1h，烘烤结束后取出，测量长度记为X1，测量宽度记为X2。若样品边缘收缩不均匀，则以收缩最大位置为准。
长度方向的热收缩率T1=(72.5-X1)/72.5×100%；
宽度方向的热收缩率T2=(54.2-X2)/54.2×100%。
实施例1-1
<隔膜的制备>
粘结剂的预溶解：按照固含量10wt%胶液计算称取粘结剂粉末聚乙烯醇（醇解度：93%，水溶解温度为65℃）和去离子水，并将去离子水加入到溶解搅拌罐，其次溶解搅拌罐边搅拌边加入粘结剂粉末，待全部粘结剂粉末加入完毕，启动溶解搅拌罐夹套升温（5℃/min）加热溶解粘结剂粉末，升温至粘结剂溶解温度以上10℃，并保持60min保证充分溶解。最后，待预溶解的粘结剂自然降温至室温备用即可。
将第一填料勃姆石、第二填料氧化铝和预溶解好的粘结剂按照质量比98:1:1混合均匀，得到固含量为40wt%的陶瓷涂层浆料；在基材的一个表面上涂布陶瓷涂层浆料，在40℃下烘干得到单层厚度为1μm陶瓷涂层，即制得隔膜。
其中，第一填料的比表面积BET1=20m2/g、平均粒径Dv50a=100nm；第二填料的比表面积BET2=300m2/g、平均粒径Dv50b=20nm。
基材为厚度为5μm的聚乙烯（简写PE，重均分子量为30W）。
<正极极片的制备>
将正极活性材料LiCoO2、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比97.5:0.8:1.7进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂，在真空搅拌机作用下搅拌至固含量为75wt%且体系均匀的正极浆料。将正极浆料均匀涂覆在厚度为10μm的正极集流体铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，得到单面涂布正极活性材料层（厚度110μm）的正极极片。之后，在该铝箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布正极活性材料层的正极极片。再经冷压、裁片、焊接极耳，得到规格为74mm×867mm正极极片待用。
<负极极片的制备>
将负极活性材料石墨、导电剂导电炭黑（Super P）、粘结剂丁苯橡胶（简写SBR，重均分子量为20W）按照质量比97.8:0.7:1.5进行混合，然后加入去离子水作为溶剂，在真空搅拌机作用下搅拌至固含量为50wt%且体系均匀的负极浆料。将负极浆料均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔的一个表面上，65℃条件下烘干，得到单面涂布负极活性材料层（厚度130μm）的负极极片。之后，在该铜箔的另一个表面上重复以上步骤，得到双面涂布负极活性材料层的负极极片。再经冷压、裁片、焊接极耳，得到规格为76mm×851mm的负极极片待用。
<电解液的制备>
在含水量小于10ppm的环境下，将非水有机溶剂碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸亚丙酯（PC）、丙酸丙酯（PP）、碳酸亚乙烯酯（VC）按照质量比20:30:20:28:2混合，然后向非水有机溶剂中加入六氟磷酸锂（LiPF6）溶解并混合均匀，得到电解液，其中，LiPF6的浓度为1mol/L。
<锂离子电池的制备>
将上述制备得到的负极极片、隔膜以及正极极片按顺序堆叠卷绕得到卷绕结构的电极组件，其中，隔膜的陶瓷涂层与正极极片相邻。将电极组件置于铝塑膜包装袋中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、脱气、切边等工序得到锂离子电池。化成上限电压为4.5V，化成温度为75℃，化成静置时间为2h。
实施例1-2至实施例1-4
除了按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-5
<隔膜的制备>
将第一填料勃姆石、第二填料氧化铝和预溶解好的粘结剂按照质量比96:3.5:0.5混合均匀，得到固含量为40wt%的陶瓷涂层浆料；在基材的两个表面上涂布陶瓷涂层浆料，在40℃下烘干得到单层厚度为1μm陶瓷涂层，即制得隔膜。
其余与实施例1-1相同。
实施例1-6至实施例1-9
除了按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-5相同。
实施例1-10
除了按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例1-11至实施例1-12
除了按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例2-1至实施例2-2
除了按照表2调整相关制备参数以外，其余与实施例1-3相同。
实施例2-3
除了按照表2调整相关制备参数以外，其余与实施例1-2相同。
实施例2-4至实施例2-7
除了按照表2调整相关制备参数以外，其余与实施例1-3相同。
实施例2-8至实施例2-34
除了按照表2调整相关制备参数以外，其余与实施例2-3相同。
实施例3-1至实施例3-6
除了按照表3调整相关制备参数以外，其余与实施例2-3相同。
对比例1至对比例5
除了按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
各实施例和对比例的制备参数和性能参数如表1至表4所示。
表1
Figure SMS_1
注：表1中的“\”表示无相关制备参数；实施例1-5与实施例1-10的区别在于：实施例1-5的陶瓷涂层设置于基材的两个表面上，实施例1-10的陶瓷涂层设置于基材的一个表面上。
从实施例1-1至实施例1-12和对比例1至对比例5中可以看出，本申请实施例中的隔膜具有高粘结力、更低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有更高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置的动力学性能和热安全性能得到提高。而对比例1至对比例5中的隔膜具有较低的粘结力，更高的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有更低的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有较差的动力学性能和热安全性能。
陶瓷涂层设置于基材的一个表面或者两个表面通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例1-5和实施例1-10可以看出，陶瓷涂层的设置在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
表2
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Figure SMS_4
表3
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粘结剂的水溶解温度通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例1-2、实施例1-3、实施例2-1至实施例2-7、实施例2-33和实施例2-34，选用粘结剂的水溶解温度在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
第一填料的比表面积BET1通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例1-2、实施例2-8至实施例2-13、实施例2-26和实施例2-27可以看出，选用第一填料的比表面积BET1在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
第二填料的比表面积BET2通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例1-2、实施例2-14至实施例2-18、实施例2-29和实施例2-30可以看出，选用第二填料的比表面积BET2在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
BET2/BET1的比值通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例1-2、实施例2-19至实施例2-24以及实施例2-31和实施例2-32可以看出，选用BET2/BET1的比值在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
第一填料的平均粒径通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例1-2、实施例2-8至实施例2-11、实施例2-25和实施例2-27可以看出，第一填料的平均粒径在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
第二填料的平均粒径通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例1-2、实施例2-14至实施例2-18、实施例2-28至实施例2-31可以看出，第二填料的平均粒径在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
表4
Figure SMS_6
第一填料的种类通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例2-3、实施例3-1和实施例3-2可以看出，第一填料的种类在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
第二填料的种类通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例2-3、实施例3-3和实施例3-4可以看出，第二填料的种类在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
粘结剂的种类通常也会影响隔膜的动力学性能和耐热性能。从实施例2-3、实施例3-5和实施例3-6可以看出，粘结剂的种类在本申请范围内的隔膜，其具有较高的粘结力，较低的透气度、离子阻抗和热收缩率，锂离子电池具有较高的直流内阻减少值、低温放电性能改善率和热箱测试通过率，表明电化学装置具有良好的动力学性能和热安全性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (15)

1.一种隔膜，包括基材和设置于所述基材至少一个表面上的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括第一填料、第二填料和粘结剂，所述第一填料、所述第二填料和所述粘结剂的质量比为(88.5至99):(0.5至10):(0.5至1.5)；其中，所述陶瓷涂层的离子阻抗为0.001Ω至0.15Ω；
所述第一填料的比表面积为BET1，所述第二填料的比表面积为BET2，5m2/g≤BET1≤50m2/g，100m2/g≤BET2≤500m2/g；
所述第一填料和所述第二填料的材料各自独立地包括勃姆石、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化镁、莫来石、碳化硅、氮化硅、氮化硼或氮化铝中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述第一填料、所述第二填料和所述粘结剂的质量比为(96至98):(1至4):(0.5至1.5)。
3.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述陶瓷涂层的离子阻抗为0.001Ω至0.1Ω。
4.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述隔膜满足以下条件（1）或（2）中的至少一者：
（1）2.5≤BET2/BET1≤100；
（2）所述粘结剂的水溶解温度为50℃至100℃。
5.根据权利要求4所述的隔膜，其满足以下条件（1）至（4）中的至少一者：
（1）15m2/g≤BET1≤30m2/g；
（2）150m2/g≤BET2≤400m2/g；
（3）12≤BET2/BET1≤50；
（4）所述粘结剂的水溶解温度为50℃至80℃。
6.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述第一填料的平均粒径为Dv50a，80nm≤Dv50a≤1000nm。
7.根据权利要求6所述的隔膜，其中，80nm≤Dv50a≤400nm。
8.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述第二填料的平均粒径为Dv50b，10nm≤Dv50b≤100nm。
9.根据权利要求8所述的隔膜，其中，15nm≤Dv50b≤50nm。
10.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述粘结剂的材料包括聚乙烯醇、羟甲基纤维素或聚乙烯醇缩甲醛中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述陶瓷涂层的粘结力为30N/m至100N/m。
12.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述陶瓷涂层的粘结力为40N/m至80N/m。
13.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述隔膜沿自身长度方向的热收缩率为1%至5%，所述隔膜沿自身宽度方向的热收缩率为1%至5%。
14.一种电化学装置，其包括权利要求1至13中任一项所述的隔膜。
15.一种电子装置，其包括权利要求14所述的电化学装置。
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