CN116544603A - 一种锂离子电池及用电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池，包括电芯和封装膜；电芯包括隔膜，隔膜包括基膜和涂层，涂层的料包括陶瓷颗粒和粘结剂，粘结剂和基膜材料中至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；封装膜上设置有单向排气阀；阀口柱芯的材料包括第一可变形材料。当电池发生自产热，隔膜温敏涂层在高温时熔化填充隔膜孔洞降低隔膜透气性，减缓高反应活性气体在电池中引发的串扰反应。同时，第一可变形材料随着电池温度升高而熔化松动，从而电池内部产气可通过排气阀排放至电池外部，减少高反应活性气体在电池内部存留而持续触发界面放热反应，延长热失控触发时间。此外，隔膜高温时的结构完整性可以避免高氧化反应活性的正负极直接接触，从而避免剧烈热失控反应。

Description

一种锂离子电池及用电装置
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池及用电装置。
背景技术
近年来，随着人们低碳出行的观念越来越强烈，新能源汽车越来越普及。然而，随着新能源汽车保有量迅速增加，新能源汽车自燃起火事故频发，严重打击了消费者对新能源汽车的信心。其中，锂离子电池热失控是新能源汽车安全事故的主要原因之一，并且以高镍三元材料(LiNixMnyCoz，x+y+z＝1,NMC)为主的动力锂离子电池热失控问题更加严峻。因此，减少锂离子电池的热失控问题是提高新能源汽车安全性的关键点之一。
发明内容
基于此，有必要提供一种锂离子电池及用电装置，以有效降低锂离子电池发生热失控问题的概率。
本发明的第一方面提供了一种锂离子电池，包括：
电芯，所述电芯包括隔膜，所述隔膜包括具有多孔结构的基膜和位于所述基膜至少一侧的涂层，所述涂层的材料包括涂覆颗粒和粘结剂，所述涂覆颗粒和所述粘结剂的质量比为(0.05-2):1；所述粘结剂和所述基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；以及
封装所述电芯的封装膜，所述封装膜上设置有排气阀；
所述排气阀包括柱芯及套设在所述柱芯外侧的空心外壳，所述柱芯的材料包括第一可变形材料。
在一些实施例中，所述锂离子电池具有下述特征中的至少一项：
(1)所述第一可变形材料包括聚乙烯吡咯烷酮、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种；
(2)所述柱芯的横切面的直径为1mm-5mm；
(3)所述柱芯的轴向长度为1mm-5mm；
(4)所述封装膜为开裂温度为130℃-150℃的铝塑膜。
在一些实施例中，所述锂离子电池还包括两片夹板，两片所述夹板分别位于所述封装膜相对的两侧，且两片所述夹板未遮挡所述排气阀；
可选地，所述夹板选自云母板和石棉隔热板中的一种。
本发明的第二方面提供了一种锂离子电池，包括：
电芯，所述电芯包括隔膜，所述隔膜包括具有多孔结构的基膜和位于所述基膜至少一侧的涂层，所述涂层的材料包括涂覆颗粒和粘结剂，所述涂覆颗粒和所述粘结剂的质量比为(0.05-2):1；所述粘结剂和所述基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；以及
封装所述电芯的外壳，所述外壳包括顶盖，所述顶盖上设置有防爆孔，所述顶盖表面上设置有用以遮盖所述防爆孔的防爆片，所述防爆片面向所述电芯的一侧表面具有划痕，所述划痕的深度为所述防爆片厚度的60％-90％。
本发明的第三方面提供了一种锂离子电池，包括：
电芯，所述电芯包括隔膜，所述隔膜包括具有多孔结构的基膜和位于所述基膜至少一侧的涂层，所述涂层的材料包括涂覆颗粒和粘结剂，所述涂覆颗粒和所述粘结剂的质量比为(0.05-2):1；所述粘结剂和所述基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；以及
封装所述电芯的外壳，所述外壳包括顶盖，所述顶盖上设置有防爆孔，所述顶盖表面上设置有用以遮盖所述防爆孔的防爆阀，所述防爆阀包括防爆基片和贴附于所述防爆基片表面的材料层，所述材料层远离所述防爆基片的一侧贴于所述顶盖的表面，所述材料层包括形状记忆材料或第二可变形材料。
在一些实施例中，所述锂离子电池具有下述特征中的至少一项：
(1)所述材料层的厚度为0.5mm-2mm；
(2)所述防爆基片的厚度为0.05mm-0.5mm；
(3)所述形状记忆材料包括聚氨酯、聚己内酯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、全芳香液晶聚酯和环氧树脂中的一种或多种；
(4)所述第二可变形材料包括聚乙烯吡咯烷酮、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种。
在一些实施例中，所述涂层的材料还包括第三可变形材料；
可选地，所述第三可变形材料包括聚丙烯、聚丙烯-乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)中的一种或多种；
可选地，所述第三可变形材料在所述涂层中的质量占比为5％-60％。
在一些实施例中，所述隔膜具有下述特征中的至少一项：
(1)所述粘结剂包括聚酰亚胺、芳纶聚酯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚离子液体和羧甲基纤维素钠中的一种或多种；可选地，所述粘结剂的相对分子质量为1×105g/mol-5×105g/mol；
(2)所述基膜的材料包括聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、芳纶和芳纶聚酯中的一种或多种；(3)所述涂覆颗粒包括氧化铝、勃母石、硫酸钡、二氧化硅、氮化硼、蒙脱土、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、碳化硅、碳化锆、碳酸钙、水滑石、锂镧锆氧固态电解质、磷酸铝钛锂固态电解质和金属有机框架材料中的一种或多种；
(4)所述涂覆颗粒包括体积平均粒径Dv50为10nm-100nm的第一颗粒以及体积平均粒径Dv50为0.1μm-10μm的第二颗粒；
可选地，所述第一颗粒和所述第二颗粒的质量比为(0.5-2):1。
在一些实施例中，所述隔膜还具有下述特征中的至少一项：
(1)所述隔膜的孔隙的平均孔径为20nm-50nm；
(2)所述隔膜的孔隙率为30％-40％；
(3)所述基膜的厚度为5μm-20μm；可选为5μm-10μm；
(4)所述涂层的厚度为1μm-5μm；可选为1μm-2μm；
(5)所述隔膜的厚度为12μm-25μm；可选为12μm-20μm；
(6)于180℃放置30min后，所述隔膜的横向收缩率和纵向收缩率各自独立地≤5％；
(7)所述隔膜在25℃时的透气值为100s/100cc-1000s/100cc；
(8)所述隔膜在170℃时的透气值＞800s/100cc。
本发明的第四方面提供了一种用电装置，包括本发明第一方面的锂离子电池、第二方面的锂离子电池和第三方面的锂离子电池中的一种或多种。
上述提供的锂离子电池及用电装置，所述锂离子电池的封装膜上设置有排气阀，且排气阀包括由第一可变形材料构成的柱芯以及套设在柱芯外侧的空心外壳；当电池内温度升高时，可变形材料随着电池温度的升高而融化并脱离，从而电池内部产气可通过排气阀排放至电池外部，减少气体在电池内部存留的时间，并有效避免在电池内部高SOC状态下气体在正负极之间的串扰，避免电池热失控过程中发生界面放热副反应和串扰放热反应，抑制电池电化学能向热能的转变，减少电池热失控的发生。此外，通过在基膜上设置涂层，并调节涂层中涂覆颗粒和粘结剂的比例，可使隔膜具有适宜的透气度，延缓电池热失控的发生。
附图说明
图1为一实施方式的锂离子电池的结构示意图；
图2为一实施方式的锂离子电池的结构示意图；
图3为一实施方式的锂离子电池的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任意上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
在发明的描述中，“多种”的含义是至少两种，例如两种，三种等，除非另有明确具体的限定。
本发明中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。
如果没有特别的说明，本发明的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。如果没有特别的说明，本发明的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本发明的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。
新能源汽车自燃起火事故频发，锂离子电池热失控是新能源汽车起火事故的主要原因之一。相关技术中，主要致力于避免锂离子电池在高温下发生内短路以降低锂离子电池发生热失控的概率；例如，提升隔膜热稳定性、抑制枝晶生长、预警枝晶生长、赋予隔膜热关断功能或阻燃功能等；即相关研究中局限于避免电池内短路，忽视了电池热失控的链式反应，无法有效提升电池的安全性能。
而本发明技术人员在研究中发现：当电池遭受机械滥用、热滥用、电滥用、电化学滥用等外部因素破坏时，电池异常产热，引发电池内部SEI膜分解等副反应，致使电池内部积累更多热量。温度进一步升高时，正极相变释放的活性氧(氧气或电解液中的氧自由基)穿过隔膜到达嵌锂石墨负极，负极与电解液反应产生的高还原性气体及氢自由基穿过隔膜与正极侧的活性氧相遇，引发强烈的氧化还原反应，这一过程为链式放热反应，链式放热反应可能成为电池热失控的触发条件，而链式放热反应也是电池热失控过程中的主放热反应。电池产气会触发急剧电池产热，电池升温及产气引发隔膜失效后导致高反应活性的正负极直接接触，进一步触发引起电池热失控的链式放热反应。
本发明的第一方面提供了一种锂离子电池，包括电芯和封装电芯的封装膜；电芯包括隔膜，隔膜包括具有多孔结构的基膜和位于基膜至少一侧的涂层，涂层的材料包括涂覆颗粒和粘结剂，涂覆颗粒和粘结剂的质量比为(0.05-2):1，粘结剂和基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；封装膜上设置有排气阀；排气阀包括柱芯及套设在柱芯外侧的空心外壳，柱芯的材料包括第一可变形材料。
需要说明的是，锂离子电池为软包电池；排气阀为单向阀，气体仅能由电池内部排向电池外部。排气阀的个数可以为1个，也可以为多个，可根据需要进行确定。
空心外壳可为空心圆柱体，具体不做限定。
可以仅在基膜的一侧表面设置涂层，也可以在基膜的两侧表面同时设置涂层，可根据实际需要确定。
第一可变形材料仅用于描述目的，并不能理解为隐含指明涂层中所采用的可变形材料的重要性或数量。第一可变形材料是指随着温度的升高可发生融化的材料。
空心外壳的材料可以为铝或者聚四氟乙烯。
涂覆颗粒和粘结剂的质量比为(0.05-2):1；例如，可以为0.05:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1或者上述任意两个数值之间的范围。
可理解地，锂离子电池的封装膜上设置有排气阀，且排气阀包括由第一可变形材料构成的柱芯以及套设在柱芯外侧的空心外壳；在室温及其他电池运行温度条件下，排气阀为封闭状态，保证电池内部的正常运行状态；随着电池温度的升高，特别是达到电池自产热与电池热失控前夕的热失控触发状态之前(80-150℃)，电池发生自产热及生成可燃性气体，此时可变形材料随着电池温度的升高而熔化并脱离，暴露排气口，从而电池内部产气可通过排气阀及时排放至电池外部，减缓气体在电池内部存留的时间，并有效避免在电池内部高SOC状态下气体在正负极之间的串扰，避免电池热失控过程中发生界面放热副反应和串扰放热反应，抑制电池电化学能向热能的转变，减少电池热失控的发生。
此外，通过调整涂覆颗粒和粘结剂的质量比在上述范围内，可使隔膜具有适宜的透气值，保证锂离子正常的传输；通过隔膜和封装膜的同时优化，可有效延长热失控触发时间，提升热失控的触发温度，降低热失控反应最高温度，有效提升锂电池的安全性能。
粘结剂和基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；可提升锂离子电池的热稳定性，从而实现隔膜在大于180℃的高温时仍保持良好的抗击穿强度。
如图1为一种锂离子电池的结构示意，该锂离子电池为软包电池。由图1可以看出，锂离子电池的封装膜11上设置有排气阀12，排气阀12包括柱芯121和套设在柱芯121外侧的空心外壳122。
在一些实施方式中，第一可变形材料包括聚乙烯吡咯烷酮、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种。
在一些实施例中，柱芯的横切面的直径为1mm-5mm；例如，可以为但不限于1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或者上述任意两个数值之间的范围。柱芯的横切面的直径在上述范围内时，可以及时将电池内部产气排出电池外，同时可保障电池在正常使用条件下具有良好的密封性。
在一些实施方式中，柱芯的轴向长度为1mm-5mm；例如，可以为但不限于1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或者上述任意两个数值之间的范围。在一些实施例中，封装膜为开裂温度为130℃-150℃的铝塑膜；铝塑膜的开裂温度在130℃-150℃时，可在电池内部发生剧烈的放热反应之前，将电池内部气体和热量及时排出，降低电池升温速率，减少由于电池正负极副反应导致的能量释放，从而可进一步减少电池热失控的发生。
需要说明的是，软包电池的电芯封装过程中，可通过将封装时的封装温度控制在160-170℃、封装时间控制在1-3s，实现铝塑膜的开裂温度在130℃-150℃。
在一些实施方式中，锂离子电池还包括两片夹板，两片夹板分别位于封装膜相对的两侧，且两片夹板未遮挡排气阀；安装夹板可进一步促进电池产气的排出，减少电池产气在电池内部的逗留。可选地，夹板选自云母板和石棉隔热板中的一种。
在一些可能的实施方式中，涂层的材料还包括第三可变形材料；当电池发生自产热时，电池内部发生正负极副产物的串扰引起表界面放热反应，使得电池温度上升，由于涂层中添加了可变形材料，可变形材料可随着电池温度的升高发生融化以填充基膜孔洞，提升隔膜的透气值，进而降低电池正负极之间的物质串扰，减缓表界面的放热反应，降低电池在自产热阶段的放热反应速率，降低电池的温升速率，延长触发电池热失控的时间。
需要说明的是，第三可变形材料仅用于描述目的，并不能理解为隐含指明涂层中所采用的可变形材料的重要性或数量。第三可变形材料是指随着温度的升高可发生融化的材料。
在其中一些实施方式中，第三可变形材料包括聚丙烯、聚丙烯-乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)中的一种或多种。
在其中一些实施方式中，第三可变形材料在涂层中的质量占比为5％-60％；例如，可以为但不限于5％、7％、10％、12％、15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％或者上述任意两个数值之间的范围。通过在涂层中加入第三可变形材料，可使隔膜在170℃时的透气值＞800s/100cc。
在其中的一些实施方式中，粘结剂包括聚酰亚胺、芳纶聚酯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚离子液体和羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
可选地，粘结剂的相对分子质量为1×105g/mol-5×105g/mol；例如，可以为但不限于1×105g/mol、1.5×105g/mol、2×105g/mol、2.5×105g/mol、3×105g/mol、3.5×105g/mol、4×105g/mol、4.5×105g/mol、5×105g/mol或者上述任意两个数值之间的范围。粘结剂的相对分子质量在上述范围内时，可保障涂层与基膜的粘结强度，且在基膜上涂覆涂层时流平性好。
在其中的一些实施方式中，基膜的材料包括聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、芳纶和芳纶聚酯中的一种或多种。
在一些可能的实施方式中，涂覆颗粒包括氧化铝、勃母石、硫酸钡、二氧化硅、氮化硼、蒙脱土、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、碳化硅、碳化锆、碳酸钙、水滑石、锂镧锆氧固态电解质、磷酸铝钛锂固态电解质和金属有机框架材料中的一种或多种。
作为一种可能的实施方式，涂覆颗粒包括体积平均粒径Dv50为10nm-100nm的第一颗粒以及体积平均粒径Dv50为0.1μm-10μm的第二颗粒。
需要说明的是，第一颗粒和第二颗粒仅用于描述目的，并不能理解为隐含指明具有不同体积平均粒径Dv50的颗粒的重要性或数量。
第一颗粒的体积平均粒径Dv50为10nm-100nm；例如，可以为但不限于10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或者上述任意两个数值之间的范围。
第二颗粒的体积平均粒径Dv50为0.1μm-10μm；例如，可以为但不限于0.1μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或者上述任意两个数值之间的范围。
采用体积平均粒径Dv50分别在上述范围内的第一颗粒和第二颗粒组成涂覆颗粒，可使涂层表面更加均匀、平整，更加充分填充基膜的孔洞。
可选地，第一颗粒和第二颗粒的质量比为(0.5-2):1；例如，可以为但不限于0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1或者上述任意两个数值之间的范围。涂覆颗粒中第一颗粒和第二颗粒的质量比在上述范围内时，可使涂层表面更加均匀、平整，更加充分填充基膜的孔洞。
在一些可能的实施例中，隔膜的孔隙的平均孔径为20nm-50nm；例如，可以为但不限于20nm、23nm、25nm、28nm、30nm、33nm、35nm、37nm、40nm、43nm、45nm、47nm、50nm或者上述任意两个数值之间的范围。隔膜的孔隙的平均孔径在上述范围内时，可保障锂离子及溶剂基团的传输。
作为一种可能的实施方式，隔膜的孔隙率为30％-40％；例如，可以为但不限于30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％或者上述任意两个数值之间的范围。隔膜的孔隙率在上述范围内时，可保障锂离子及溶剂基团的传输。
在一些实施方式中，基膜的厚度为5μm-20μm；例如，可以为但不限于5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm或者上述任意两个数值之间的范围。可选地，基膜的厚度为5μm-10μm。
在一些实施方式中，涂层的厚度为1μm-5μm；例如，可以为但不限于1μm、2μm、3μm、4μm、5μm或者上述任意两个数值之间的范围。可选地，涂层的厚度为1μm-2μm。
在一些实施方式中，隔膜的厚度为12μm-25μm；例如，可以为但不限于12μm、13μm、14μm、14μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm或者上述任意两个数值之间的范围。隔膜的厚度在上述范围内时，可在降低电池内阻的同时，具有良好的绝缘能力；隔膜的厚度大于上述范围时，可能导致电池内阻增加；隔膜的厚度小于上述范围内时，可能恶化隔膜的绝缘性能。可选地，隔膜的厚度为12μm-20μm。
在一些可能的实施方式中，于180℃放置30min后，隔膜的横向收缩率和纵向收缩率各自独立地≤5％；隔膜的横向收缩率和纵向收缩率分别≤5％时，可避免电池在温度升高时隔膜发生皱缩，从而导致正负极材料直接接触，发生强烈的氧化还原反应。
在一些可能的实施方式中，隔膜在25℃时的透气值为100s/100cc-1000s/100cc；例如，可以为但不限于100s/100cc、200s/100cc、300s/100cc、400s/100cc、500s/100cc、600s/100cc、700s/100cc、800s/100cc、900s/100cc、1000s/100cc或者上述任意两个数值之间的范围。需要说明的是，隔膜在25℃时的透气值在上述范围内时，可利于电池体系中锂离子的穿透。
在一些实施方式中，隔膜在170℃的透气值＞800s/100cc；隔膜的透气值越大，则电池正负极之间的物质串扰越困难，减缓表界面的放热反应，降低电池的温升速率，延长触发电池热失控的时间。
本发明的第二方面提供了一种锂离子电池，包括电芯和封装电芯的外壳；电芯包括隔膜，隔膜包括具有多孔结构的基膜和位于基膜至少一侧的涂层，涂层的材料包括涂覆颗粒和粘结剂，涂覆颗粒和所述粘结剂的质量比为(0.05-2):1，粘结剂和基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；外壳包括顶盖，顶盖上设置有防爆孔，顶盖表面上设置有用以遮盖防爆孔的防爆片，防爆片面向电芯的一侧表面具有划痕，所述划痕的深度为防爆片厚度的60％-90％。
需要说明的是，锂离子电池为锂离子电池。可以仅在基膜的一侧表面设置涂层，也可以在基膜的两侧表面同时设置涂层，可根据实际需要确定。
划痕的深度是指由顶盖表面至划痕最深处的垂直距离。
划痕的深度为防爆片厚度的60％-90％；例如，可以为但不限于60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或者上述任意两个数值之间的范围。常规防爆片的开启压力一般大于2MPa，本发明中划痕深度在上述范围内时，可在0.001-5MPa开启防爆片，降低开启防爆片的压力。
在一些实施方式中，划痕的深度为50μm-100μm；例如，可以为但不限于50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm或者上述任意两个数值之间的范围。涂覆颗粒和粘结剂的质量比为(0.05-2):1；例如，可以为0.05:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1或者上述任意两个数值之间的范围。
可理解地，在室温及其他电池运行温度条件下，防爆片为封闭状态，保证电池内部的正常运行状态；随着电池温度的升高，特别是达到电池自产热与电池热失控前夕的热失控触发状态之前(80-150℃)，电池发生自产热及生成可燃性气体，随着电池内气体的增加，防爆片被打开，暴露排气口，从而电池内部产气可通过排气口及时排放至电池外部，减缓气体在电池内部存留的时间，并有效避免在电池内部高SOC状态下气体在正负极之间的串扰，避免电池热失控过程中发生界面放热副反应和串扰放热反应，抑制电池电化学能向热能的转变，减少电池热失控的发生。
此外，通过调整涂覆颗粒和粘结剂的质量比在上述范围内，可使隔膜具有适宜的透气值，保证锂离子正常的传输；通过隔膜和封装膜的同时优化，可有效延长热失控触发时间，提升热失控的触发温度，降低热失控反应最高温度，有效提升锂电池的安全性能。
粘结剂和基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；可提升锂离子电池的热稳定性，从而实现隔膜在大于180℃的高温时仍保持良好的抗击穿强度。
图2为一种锂离子电池的顶盖的部分结构示意图，该锂离子电池为方壳电池。由图2可知，该锂离子电池的顶盖21上设置有防爆孔211，顶盖21表面上设置有用以遮盖防爆孔211的防爆片22，防爆片22面向电芯的一侧表面具有划痕(图中未示出)。
在一些实施方式中，涂层的材料还包括第三可变形材料；当电池发生自产热时，电池内部发生正负极副产物的串扰引起表界面放热反应，使得电池温度上升，由于涂层中添加了可变形材料，可变形材料可随着电池温度的升高发生融化以填充隔膜孔洞，提升隔膜的透气值，进而降低电池正负极之间的物质串扰，减缓表界面的放热反应，降低电池在自产热阶段的放热反应速率，降低电池的温升速率，延长触发电池热失控的时间。
需要说明的是，第三可变形材料仅用于描述目的，并不能理解为隐含指明涂层中所采用的可变形材料的重要性或数量。
在其中一些实施方式中，第三可变形材料包括聚丙烯、聚丙烯-乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)中的一种或多种。
在其中一些实施方式中，第三可变形材料在涂层中的质量占比为5％-60％；例如，可以为但不限于5％、7％、10％、12％、15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％或者上述任意两个数值之间的范围。通过在涂层中加入第三可变形材料，可使隔膜在170℃时的透气值＞800s/100cc。
在其中的一些实施方式中，粘结剂包括聚酰亚胺、芳纶聚酯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚离子液体和羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
可选地，粘结剂的相对分子质量为1×105g/mol-5×105g/mol；例如，可以为但不限于1×105g/mol、1.5×105g/mol、2×105g/mol、2.5×105g/mol、3×105g/mol、3.5×105g/mol、4×105g/mol、4.5×105g/mol、5×105g/mol或者上述任意两个数值之间的范围。
在其中的一些实施方式中，基膜的材料包括聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、芳纶和芳纶聚酯中的一种或多种。
在一些可能的实施方式中，涂覆颗粒包括氧化铝、勃母石、硫酸钡、二氧化硅、氮化硼、蒙脱土、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、碳化硅、碳化锆、碳酸钙、水滑石、锂镧锆氧固态电解质、磷酸铝钛锂固态电解质和金属有机框架材料中的一种或多种。
作为一种可能的实施方式，涂覆颗粒包括体积平均粒径Dv50为10nm-100nm的第一颗粒以及体积平均粒径Dv50为0.1μm-10μm的第二颗粒。
需要说明的是，第一颗粒和第二颗粒仅用于描述目的，并不能理解为隐含指明具有不同体积平均粒径Dv50的颗粒的重要性或数量。
第一颗粒的体积平均粒径Dv50为10nm-100nm；例如，可以为但不限于10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或者上述任意两个数值之间的范围。
第二颗粒的体积平均粒径Dv50为0.1μm-10μm；例如，可以为但不限于0.1μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或者上述任意两个数值之间的范围。
可选地，第一颗粒和第二颗粒的质量比为(0.5-2):1；例如，可以为但不限于0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1或者上述任意两个数值之间的范围。
在一些可能的实施例中，隔膜的孔隙的平均孔径为20nm-50nm；例如，可以为但不限于20nm、23nm、25nm、28nm、30nm、33nm、35nm、37nm、40nm、43nm、45nm、47nm、50nm或者上述任意两个数值之间的范围。
作为一种可能的实施方式，隔膜的孔隙率为30％-40％；例如，可以为但不限于30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％或者上述任意两个数值之间的范围。
在一些实施方式中，基膜的厚度为5μm-20μm；例如，可以为但不限于5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm或者上述任意两个数值之间的范围。可选地，基膜的厚度为5μm-10μm。
在一些实施方式中，涂层的厚度为1μm-5μm；例如，可以为但不限于1μm、2μm、3μm、4μm、5μm或者上述任意两个数值之间的范围。可选地，涂层的厚度为1μm-2μm。
在一些实施方式中，隔膜的厚度为12μm-25μm；例如，可以为但不限于12μm、13μm、14μm、14μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm或者上述任意两个数值之间的范围。可选地，隔膜的厚度为12μm-20μm。
在一些可能的实施方式中，于180℃放置30min后，隔膜的横向收缩率和纵向收缩率各自独立地≤5％。
在一些可能的实施方式中，隔膜在25℃时的透气值为100s/100cc-1000s/100cc；例如，可以为但不限于100s/100cc、200s/100cc、300s/100cc、400s/100cc、500s/100cc、600s/100cc、700s/100cc、800s/100cc、900s/100cc、1000s/100cc或者上述任意两个数值之间的范围。隔膜在150℃的透气值＞800s/100cc。
在一些实施方式中，隔膜在170℃的透气值＞800s/100cc；隔膜的透气值越大，则电池正负极之间的物质串扰越困难，减缓表界面的放热反应，降低电池的温升速率，延长触发电池热失控的时间。
本发明的第三方面提供了一种锂离子电池，包括电芯及封装电芯的外壳，电芯包括隔膜，隔膜包括具有多孔结构的基膜和位于基膜至少一侧的涂层，涂层的材料包括涂覆颗粒和粘结剂，涂覆颗粒和所述粘结剂的质量比为(0.05-2):1，粘结剂和所述基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；封装电芯的外壳，外壳包括顶盖，顶盖上设置有防爆孔，顶盖表面上设置有用以遮盖所述防爆孔的防爆阀，防爆阀包括防爆基片和贴附于所述防爆基片表面的材料层，材料层远离所述防爆基片的一侧贴于所述顶盖的表面，材料层包括形状记忆材料或第二可变形材料。
需要说明的是，锂离子电池为锂离子电池，防爆阀为单向阀。
可以仅在基膜的一侧表面设置涂层，也可以在基膜的两侧表面同时设置涂层，可根据实际需要确定。
第二可变形材料仅用于描述目的，并不能理解为隐含指明涂层中所采用的可变形材料的重要性或数量。第三可变形材料是指随着温度的升高可发生融化的材料。
涂覆颗粒和粘结剂的质量比为(0.05-2):1；例如，可以为0.05:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1或者上述任意两个数值之间的范围。
可理解地，在室温及其他电池运行温度条件下，防爆阀为封闭状态，保证电池内部的正常运行状态；随着电池温度的升高，特别是达到电池自产热与电池热失控前夕的热失控触发状态之前(80-150℃)，电池发生自产热及生成可燃性气体，此时可变形材料随着电池温度的升高而熔化并脱落或形状记忆材料随着电池温度的升高而变形，暴露排气口，从而电池内部产气可通过排气阀及时排放至电池外部，减缓气体在电池内部存留的时间，并有效避免在电池内部高SOC状态下气体在正负极之间的串扰，避免电池热失控过程中发生界面放热副反应和串扰放热反应，抑制电池电化学能向热能的转变，减少电池热失控的发生。
此外，通过调整涂覆颗粒和粘结剂的质量比在上述范围内，可使隔膜具有适宜的透气值，保证锂离子正常的传输；通过隔膜和封装膜的同时优化，可有效延长热失控触发时间，提升热失控的触发温度，降低热失控反应最高温度，有效提升锂电池的安全性能。
粘结剂和基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；可提升锂离子电池的热稳定性，从而实现隔膜在大于180℃的高温时仍保持良好的抗击穿强度。
如图3为一种锂离子电池的顶盖的部分结构示意图，该锂离子电池为方壳电池。由图3可知，顶盖31上设置有防爆孔311，顶盖表面上设置有用以遮盖防爆孔311的防爆阀，防爆阀包括防爆基片321和贴附于防爆基片321表面的材料层322，材料层322远离防爆基片321的一侧贴于顶盖31的表面。
在一些实施方式中，材料层的厚度为0.5mm-2mm；例如，可以为0.5mm、0.7mm、1mm、1.3mm、1.5mm、1.8mm、2mm或上述任意两个数值之间的范围。材料层的厚度在上述范围内时，可保证电池在正常工作时具有较佳的气密性，同时保证电池热失控触发前排气排热量的时效性。
在一些实施方式中，防爆基片的厚度为0.05mm-0.5mm；例如，可以为0.05mm、10.1mm、0.15mm、0.25mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、5mm或上述任意两个数值之间的范围。防爆基片的厚度在上述范围内时，可保证电池在正常工作时具有较佳的气密性，同时保证电池热失控触发前排气排热量的时效性。
在一些可能的实施例中，形状记忆材料包括聚氨酯、聚己内酯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、全芳香液晶聚酯和环氧树脂中的一种或多种。
作为一种可能的实施方式，第二可变形材料包括聚乙烯吡咯烷酮、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种。
在一些实施方式中，防爆基片临近材料层的一侧表面具有划痕，划痕的深度为50μm-100μm。
在一些实施方式中，涂层的材料还包括第三可变形材料；当电池发生自产热时，电池内部发生正负极副产物的串扰引起表界面放热反应，使得电池温度上升，由于涂层中添加了可变形材料，可变形材料可随着电池温度的升高发生融化以填充隔膜孔洞，提升隔膜的透气值，进而降低电池正负极之间的物质串扰，减缓表界面的放热反应，降低电池在自产热阶段的放热反应速率，降低电池的温升速率，延长触发电池热失控的时间。
需要说明的是，第三可变形材料仅用于描述目的，并不能理解为隐含指明涂层中所采用的可变形材料的重要性或数量。
在其中一些实施方式中，第三可变形材料包括聚丙烯、聚丙烯-乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)中的一种或多种。
在其中一些实施方式中，第三可变形材料在涂层中的质量占比为5％-60％；例如，可以为但不限于5％、7％、10％、12％、15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％或者上述任意两个数值之间的范围。通过在涂层中加入第三可变形材料，可使隔膜在170℃时的透气值＞800s/100cc。
在一些实施方式中，粘结剂和基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；可提升锂离子电池的热稳定性，从而实现隔膜在大于180℃的高温时仍保持良好的抗击穿强度。
在其中的一些实施方式中，粘结剂包括聚酰亚胺、芳纶聚酯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚离子液体和羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
可选地，粘结剂的相对分子质量为1×105g/mol-5×105g/mol；例如，可以为但不限于1×105g/mol、1.5×105g/mol、2×105g/mol、2.5×105g/mol、3×105g/mol、3.5×105g/mol、4×105g/mol、4.5×105g/mol、5×105g/mol或者上述任意两个数值之间的范围。
在其中的一些实施方式中，基膜的材料包括聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、芳纶和芳纶聚酯中的一种或多种。
在一些可能的实施方式中，涂覆颗粒包括氧化铝、勃母石、硫酸钡、二氧化硅、氮化硼、蒙脱土、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、碳化硅、碳化锆、碳酸钙、水滑石、锂镧锆氧固态电解质、磷酸铝钛锂固态电解质和金属有机框架材料中的一种或多种。
作为一种可能的实施方式，涂覆颗粒包括体积平均粒径Dv50为10nm-100nm的第一颗粒以及体积平均粒径Dv50为0.1μm-10μm的第二颗粒。
需要说明的是，第一颗粒和第二颗粒仅用于描述目的，并不能理解为隐含指明具有不同体积平均粒径Dv50的颗粒的重要性或数量。
第一颗粒的体积平均粒径Dv50为10nm-100nm；例如，可以为但不限于10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或者上述任意两个数值之间的范围。
第二颗粒的体积平均粒径Dv50为0.1μm-10μm；例如，可以为但不限于0.1μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或者上述任意两个数值之间的范围。
可选地，第一颗粒和第二颗粒的质量比为(0.5-2):1；例如，可以为但不限于0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1或者上述任意两个数值之间的范围。
在一些可能的实施例中，隔膜的孔隙的平均孔径为20nm-50nm；例如，可以为但不限于20nm、23nm、25nm、28nm、30nm、33nm、35nm、37nm、40nm、43nm、45nm、47nm、50nm或者上述任意两个数值之间的范围。
作为一种可能的实施方式，隔膜的孔隙率为30％-40％；例如，可以为但不限于30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％或者上述任意两个数值之间的范围。
在一些实施方式中，基膜的厚度为5μm-20μm；例如，可以为但不限于5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm或者上述任意两个数值之间的范围。可选地，基膜的厚度为5μm-10μm。
在一些实施方式中，涂层的厚度为1μm-5μm；例如，可以为但不限于1μm、2μm、3μm、4μm、5μm或者上述任意两个数值之间的范围。可选地，涂层的厚度为1μm-2μm。
在一些实施方式中，隔膜的厚度为12μm-25μm；例如，可以为但不限于12μm、13μm、14μm、14μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm或者上述任意两个数值之间的范围。可选地，隔膜的厚度为12μm-20μm。
在一些可能的实施方式中，于180℃放置30min后，隔膜的横向收缩率和纵向收缩率各自独立地≤5％。
在一些可能的实施方式中，隔膜在25℃时的透气值为100s/100cc-1000s/100cc；例如，可以为但不限于100s/100cc、200s/100cc、300s/100cc、400s/100cc、500s/100cc、600s/100cc、700s/100cc、800s/100cc、900s/100cc、1000s/100cc或者上述任意两个数值之间的范围。隔膜在150℃的透气值＞800s/100cc。
在一些实施方式中，隔膜在170℃的透气值＞800s/100cc；隔膜的透气值越大，则电池正负极之间的物质串扰越困难，减缓表界面的放热反应，降低电池的温升速率，延长触发电池热失控的时间。
下述结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明的实施例中所用的材料均可以通过商购获得。
下述采用的粘结剂聚酰亚胺购自深圳市研一新材料有限责任公司，型号为zone；实施例1-7和对比例1中采用的聚酰亚胺基膜购自江西先材纳米纤维科技有限公司
一、隔膜的制备
实施例1
将硫酸钡(作为涂覆颗粒)、聚酰亚胺(作为粘结剂)以质量比为2:1混合后，加入去离子水，制得陶瓷浆料，陶瓷浆料的固含量为30％，旋转黏度为300cp；将陶瓷浆料以2000rpm的转速搅拌4h，制得混合浆料；采用隔膜微凹涂布工艺，将陶瓷涂布在基膜双侧表面上，基膜的材质为20μm的聚酰亚胺，干燥，制得隔膜。其中，隔膜中单侧涂层的厚度为1μm，隔膜的孔隙的平均孔径为40nm，孔隙率为40％。
实施例2-4及8-9
实施例2-4及8-9中隔膜的制备方法与实施例1中隔膜的制备方法基本相同，主要区别在于：涂覆颗粒的种类和/或用量、粘结剂的种类和/或用量、隔膜中单侧涂层的厚度、基膜的种类和/或厚度、隔膜的孔隙的平均孔径、隔膜的孔隙率、隔膜的厚度中的至少一项不同，具体如表1所示。
实施例5-6
实施例5-6中隔膜为将聚酰亚胺隔膜采用湿法拉伸工艺进行了拉伸，湿法拉伸工艺流程依次为流延、萃取、烘干、拉伸、收卷和分切，通过控制流延速度等参数调控隔膜孔隙率与孔径大小，分别得到具有不同透气值的隔膜材料。
实施例7
实施例7中隔膜的制备方法与实施例4中隔膜的制备方法基本相同，主要区别在于：添加聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)微球作为可变形材料。
对比例1和3
对比例1和3中隔膜的制备方法与实施例1中隔膜的制备方法基本相同，主要区别在于：涂覆颗粒和粘结剂的质量比不同，具体详见表1。
对比例2
对比例2中采用无孔聚酰亚胺，购自杜邦公司。
采用透气度仪对实施例1-9和对比例1-3中的隔膜进行透气值测试。
表1
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其中，n1表示涂覆颗粒和粘结剂的质量比，d表示隔膜的孔隙的平均孔径。
由表1中实施例7透气值的结果可知，通过在涂层中添加可变形材料，随着温度的升高，可变形材料可发生融化以填充基膜孔洞，提升隔膜的透气值，降低隔膜的透气度。
对比例3中采用的基膜为聚丙烯，粘结剂为聚丙烯酸酯，由于采用的基膜和粘结剂均不耐高温，则制备得到的隔膜加热180℃后的击穿强度降为0。
二、锂离子电池的制备
1.实施例10-17及对比例4-8中锂离子电池的制备
(1)、正极极片的制备
将NCM811(作为正极活性材料)、导电炭黑(作为导电剂)、聚偏氟乙烯(作为粘结剂)以8:1:1的质量比混合，加入N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀制得正极浆料；将正极浆料均匀涂敷在铝箔双侧表面，然后转移到真空干燥箱中完全干燥；将得到的极片进行辊压，然后进行冲切，得到正极极片。
(2)、负极极片
将石墨(作为负极活性材料)、质量比为1:1的导电炭黑和碳纳米管(作为导电剂)、羧甲基纤维素钠(作为粘结剂)以8:1:1的质量比混合，加入去离子水中搅拌均匀制得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在铜箔双侧表面，然后转移到真空干燥箱中完全干燥；将得到的极片进行辊压，然后进行冲切，得到负极极片。
(3)、隔膜
采用各实施例和对比例中制备得到的隔膜。
(4)、电解液
有机溶剂为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混液，其中，EC、DMC和DEC的体积比为1:1:1。将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于有机溶剂中，混合均匀，获得电解液。其中，锂盐的浓度为1mol/L。
(5)、电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片通过电池叠片工艺，组装电芯。采用铝塑膜封装电芯。
需要说明的是，实施例14-17和对比例8的锂离子电池中，在铝塑膜封装口预留一定空间，打孔直径3mm，将排气阀螺纹嵌入铝塑膜中，内部通过螺纹固定，橡胶圈放置在排气阀与铝塑膜中间，保证此处的气密性。排气阀中填充低熔点材料聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)。
实施例14、实施例15、实施例17和对比例8的锂离子电池中，用夹具在铝塑膜相对的两侧分别绑定有云母板。
实施例10-17、对比例4-8中电池采用的隔膜及电池组装设计，具体详见表2。
三、锂离子电池性能测试
将实施例10-17和对比例4以及对比例6-8中制得的锂离子电池分别充电到满电态(100％SOC)，然后对其进行热失控测试，热失控测试具体过程如下：
将电池悬置在加速量热仪(下述简称ARC)的量热腔中，ARC的控温热电偶牢固地固定在电池表面大面中心位置。测试开始后，电池处在ARC量热腔中的绝热环境内与周围环境无热交换，ARC通过“台阶温升”的方式对被测电池进行热触发，在每一个温度台阶处，当电池和环境温度充分均衡稳定后，检索电池的自产热温升速率(Self-heating Rate,SHR)，若SHR≤0.02℃/min，则判定电池内部未发生自放热反应，继续下一个温度台阶，直至SHR＞0.02℃/min，即电池内部开始发生自放热反应，此后设备停止“台阶温升”模式，进入绝热模式(Exothermal)，量热腔实时跟随电池的温度并始终保持一致，使得电池在绝热环境中持续自产热直至发生热失控，记录全过程的温度信息，得到电池热失控特征参数。结果如表2所示。
对比例5中热失控测试方法如下：
将商用电池进行充电至4.2V，即获得满充电态的电池；将电池拆解，得到满充状态的正负极极片，将正负极极片分别浸泡在碳酸二甲酯DMC溶剂中，浸泡10h取出极片，并在手套箱中晾干，即得到满电态的正负极极片；采用对比例2中的隔膜与满电态正负极极片叠片组装，即可得到满电态下隔膜重组电池；上述过程均需要在手套箱中完成。结果如表2所示。
上述各实施例和对比例的热失控测试结果分别如表2所示。
表2
组别 隔膜 电池组装设计 T1 T2 T3 t
实施例10 实施例1中隔膜 / 165.1℃ 183.3℃ 770.1℃ 27.5h
实施例11 实施例2中隔膜 / 167℃ 194.6℃ 805℃ 36h
实施例12 实施例5中隔膜 / 168.4℃ 212.4℃ 853.2℃ 13h
实施例13 实施例6中隔膜 / 155.1℃ 210℃ 858.8℃ 17h
实施例14 实施例8中隔膜 排气阀+夹板 132.5℃ / (300℃) /
实施例15 实施例9中隔膜 排气阀+夹板 143.2℃ / (300℃) /
实施例16 实施例6中隔膜 排气阀 132.8 229.8℃ 427.5℃ 24.8h
实施例17 实施例5中隔膜 排气阀+夹板 143.3℃ / (300℃) /
对比例4 对比例1中隔膜 / 121.8℃ 191.2℃ 820.5℃ 29.8h
对比例5 对比例2中隔膜 / 166.4℃ 196.9℃ 608℃ 36h
对比例6 实施例8中隔膜 / 146.6℃ 146.6℃ 950.6℃ 14.8h
对比例7 实施例9中隔膜 / 168.2℃ 184.1℃ 755.4℃ 12h
对比例8 对比例3中隔膜 排气阀+夹板 142.5℃ 189.3℃ 749.3℃ 20h
其中，T1表示电池发生自产热的温度，电池受到电滥用、热滥用、机械滥用或者电化学滥用的时候，电池内部发生持续的放热副反应，导致电池自发性温升；T2表示电池热失控触发温度，电池的升温速率达到1℃/s时对应的电池温度称作电池热失控触发温度；T3表示电池热失控反应最高温度，指电池在发生热失控的过程中，产热到达的最高温度；t表示电池热失控触发时间。
由表2中实施例10-11及对比例4的结果比对可知，随着透气值增大，电池触发热失控的时间显著延长。隔膜透气值由100s提升到900s，电池热失控触发时间由27.5h延长到36h。
由表2中实施例12-13的结果比对可知，透气值由226s提升到1000s，电池热失控触发时间由13h延长到17h；表明透气值增大，可延长电池触发热失控的时间。
实施例13和实施例16的区别在于：实施例16中进一步安装了排气阀；由实施例13和实施例16的结果比对可知，通过安装排气阀，及时排除气体和热量，可延缓电池热失控的发生并降低电池热失控的最高温度。
实施例14和对比例6的区别在于：实施例14中进一步安装了排气阀和夹板；实施例15和对比例7的区别在于：实施例14中进一步安装了排气阀和夹板；由实施例14和对比例6的结果比对以及实施例15和对比例7的结果比对可知，通过同时安装排气阀和夹板，可使电池在产气产热初期可以将热量和气体及时导走，同时为满充状态的正负极能量释放提供时间，避免电池热失控。夹板的作用在于减少电池内部产热产气在电池内部的逗留时间。即使电池温度进一步升高(>180℃)，正负极已在较低温度时排气排热阶段消耗能量，即便隔膜破坏了机械完整性，也不会在触发热失控。
对比例2为无孔聚酰亚胺隔膜，对比例5采用对比例2中隔膜，对比例5中热失控温度降低至608℃，可进一步表明增大隔膜的透气值，可降低热失控最高温度，延长热失控触发的时间。
需要说明的是，由于采用无孔聚酰亚胺隔膜时锂离子无法通过，故实际应用中无法采用该种隔膜，本发明仅通过该设置进一步验证增大隔膜的透气值，可延缓热失控反应的发生，并降低热失控的最高温度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：
电芯，所述电芯包括隔膜，所述隔膜包括具有多孔结构的基膜和位于所述基膜至少一侧的涂层，所述涂层的材料包括涂覆颗粒和粘结剂，所述涂覆颗粒和所述粘结剂的质量比为(0.05-2):1；所述粘结剂和所述基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；以及
封装所述电芯的封装膜，所述封装膜上设置有排气阀；
所述排气阀包括柱芯及套设在所述柱芯外侧的空心外壳，所述柱芯的材料包括第一可变形材料。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池具有下述特征中的至少一项：
(1)所述第一可变形材料包括聚乙烯吡咯烷酮、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种；
(2)所述柱芯的横切面的直径为1mm-5mm；
(3)所述柱芯的轴向长度为1mm-5mm；
(4)所述封装膜为开裂温度为130℃-150℃的铝塑膜。
3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池还包括两片夹板，两片所述夹板分别位于所述封装膜相对的两侧，且两片所述夹板未遮挡所述排气阀；
可选地，所述夹板选自云母板和石棉隔热板中的一种。
4.一种锂离子电池，其特征在于，包括：
电芯，所述电芯包括隔膜，所述隔膜包括具有多孔结构的基膜和位于所述基膜至少一侧的涂层，所述涂层的材料包括涂覆颗粒和粘结剂，所述涂覆颗粒和所述粘结剂的质量比为(0.05-2):1；所述粘结剂和所述基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；以及
封装所述电芯的外壳，所述外壳包括顶盖，所述顶盖上设置有防爆孔，所述顶盖表面上设置有用以遮盖所述防爆孔的防爆片，所述防爆片面向所述电芯的一侧表面具有划痕，所述划痕的深度为所述防爆片厚度的60％-90％。
5.一种锂离子电池，其特征在于，包括：
电芯，所述电芯包括隔膜，所述隔膜包括具有多孔结构的基膜和位于所述基膜至少一侧的涂层，所述涂层的材料包括涂覆颗粒和粘结剂，所述涂覆颗粒和所述粘结剂的质量比为(0.05-2):1；所述粘结剂和所述基膜的材料中的至少一种包括热分解温度≥180℃的聚合物；以及
封装所述电芯的外壳，所述外壳包括顶盖，所述顶盖上设置有防爆孔，所述顶盖表面上设置有用以遮盖所述防爆孔的防爆阀，所述防爆阀包括防爆基片和贴附于所述防爆基片表面的材料层，所述材料层远离所述防爆基片的一侧贴于所述顶盖的表面，所述材料层包括形状记忆材料或第二可变形材料。
6.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池具有下述特征中的至少一项：
(1)所述材料层的厚度为0.5mm-2mm；
(2)所述防爆基片的厚度为0.05mm-0.5mm；
(3)所述形状记忆材料包括聚氨酯、聚己内酯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、全芳香液晶聚酯和环氧树脂中的一种或多种；
(4)所述第二可变形材料包括聚乙烯吡咯烷酮、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯中的一种或多种。
7.如权利要求1至6任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述涂层的材料还包括第三可变形材料；
可选地，所述第三可变形材料包括聚丙烯、聚丙烯-乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)中的一种或多种；
可选地，所述第三可变形材料在所述涂层中的质量占比为5％-60％。
8.如权利要求1至6任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜具有下述特征中的至少一项：
(1)所述粘结剂包括聚酰亚胺、芳纶聚酯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚离子液体和羧甲基纤维素钠中的一种或多种；可选地，所述粘结剂的相对分子质量为1×105g/mol-5×105g/mol；
(2)所述基膜的材料包括聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、芳纶和芳纶聚酯中的一种或多种(3)所述涂覆颗粒包括氧化铝、勃母石、硫酸钡、二氧化硅、氮化硼、蒙脱土、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、碳化硅、碳化锆、碳酸钙、水滑石、锂镧锆氧固态电解质、磷酸铝钛锂固态电解质和金属有机框架材料中的一种或多种；
(4)所述涂覆颗粒包括体积平均粒径Dv50为10nm-100nm的第一颗粒以及体积平均粒径Dv50为0.1μm-10μm的第二颗粒；
可选地，所述第一颗粒和所述第二颗粒的质量比为(0.5-2):1。
9.如权利要求1至6任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜还具有下述特征中的至少一项：
(1)所述隔膜的孔隙的平均孔径为20nm-50nm；
(2)所述隔膜的孔隙率为30％-40％；
(3)所述基膜的厚度为5μm-20μm；可选为5μm-10μm；
(4)所述涂层的厚度为1μm-5μm；可选为1μm-2μm；
(5)所述隔膜的厚度为12μm-25μm；可选为12μm-20μm；
(6)于180℃放置30min后，所述隔膜的横向收缩率和纵向收缩率各自独立地≤5％；
(7)所述隔膜在25℃时的透气值为100s/100cc-1000s/100cc；
(8)所述隔膜在170℃时的透气值＞800s/100cc。
10.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的锂离子电池。
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