CN117977015A - 一种二次电池和电子装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种二次电池和电子装置,二次电池包括电极组件,电极组件为卷绕结构,电极组件包括正极极片、负极极片、第一隔膜和第二隔膜,负极极片位于第一隔膜和第二隔膜之间,第一隔膜包括第一基膜和第一粘结层,第二隔膜包括第二基膜和第二粘结层,第一粘结层包括第一粘结剂,第二粘结层包括第二粘结剂。第一基膜为无纺布膜,第一粘结剂包括聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物中的至少一种。第二基膜为微孔膜,第二粘结剂包括聚酰亚胺、聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠中的至少一种。通过上述设置,能够提高隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力,提高二次电池的循环性能以及高温热箱性能,同时还使二次电池具有较高的能量密度。
Description
技术领域
本申请涉及电化学技术领域,特别是涉及一种二次电池和电子装置。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低和环保无污染等优点,已广泛应用于航空、航天、航海、电动汽车等领域。锂离子电池中隔膜的性能决定了锂离子电池的界面结构、内阻等,直接影响锂离子电池的容量、循环以及安全性能。性能优异的隔膜对提高锂离子电池的综合性能具有重要的作用。
隔膜包括基膜和粘结层。常用的基膜包括聚烯烃微孔膜或无纺布膜,聚烯烃微孔膜包括聚丙烯(PP)微孔膜或聚乙烯(PE)微孔膜。无纺布膜相较于聚烯烃微孔膜厚度较厚,会降低锂离子电池的能量密度。粘结层包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯醇(PVA)或羧甲基纤维素钠(CMC-Na)。PVDF和PVDF-HFP与电解液的兼容性以及与极片的黏附性较好,但是熔点较低,其熔点为115℃至170℃,在较高的温度下会熔化,导致无法有效地黏附极片上的活性物质颗粒。PI、PVA以及CMC-Na具有较高的熔点,其熔点大于200℃,能够提高隔膜高温下的热稳定性,但是无法产生有效溶胀,无法有效提高黏附性和离子电导率,会降低锂离子电池的电化学性能。
发明内容
本申请的目的在于提供一种二次电池和电子装置,能够提高隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力,提高二次电池的循环性能以及高温热箱性能,同时还使二次电池具有较高的能量密度。具体技术方案如下:
本申请的第一方面提供了一种二次电池,其包括电极组件,所述电极组件为卷绕结构,所述电极组件包括正极极片、负极极片、第一隔膜和第二隔膜,所述负极极片位于所述第一隔膜和所述第二隔膜之间,所述第一隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间,所述第一隔膜包括第一基膜和第一粘结层,所述第二隔膜包括第二基膜和第二粘结层,所述第一粘结层包括第一粘结剂,所述第二粘结层包括第二粘结剂。所述第一基膜为无纺布膜,所述第一基膜的材料包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚酯、纤维素、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯酰胺、聚芳醚砜酮、芳纶或芳砜纶中的至少一种。所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种。所述第二基膜为微孔膜,所述第二基膜的材料包括聚烯烃,所述聚烯烃的聚合单体包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、环丁烯、环戊烯或环己烯中的至少一种。所述第二粘结剂包括聚酰亚胺、聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠中的至少一种。
本申请通过机械强度高、玻璃化转变温度较高、孔隙率较高的无纺布膜与离子电导率高、熔点较低的第一粘结层配合形成第一隔膜,无纺布膜可以存储较多电解液配合第一粘结层的高离子电导率,可以改善二次电池的循环性能,同时由于无纺布膜的机械强度高、玻璃化转变温度较高,其在高温下收缩小,可以弥补第一粘结层熔点较低、在高温下融化不能很好防止隔膜基膜收缩的问题,使得二次电池的高温热箱性能得到改善。通过玻璃化转变温度较低、厚度较薄、化学稳定性较高的微孔膜与熔点较高的第二粘结层配合形成第二隔膜,可以弥补第一隔膜厚度较大带来的能量密度损失的问题,同时在高温下仍有较好粘结力的第二粘结层可在高温下降低熔点较低的微孔膜收缩的可能性,使二次电池的高温热箱性能良好。由于第一隔膜较厚,且无纺布膜强度较高,将第一隔膜置于正极极片和负极极片之间,可以更好地降低高温时正极极片和负极极片因为隔膜收缩导致短路的可能性,并降低正极极片上较大的正极活性物质颗粒刺破隔膜导致短路的可能性。本申请的二次电池通过搭配使用不同种类的第一隔膜和第二隔膜,能够提高隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力,提高二次电池的循环性能以及高温热箱性能,同时还使二次电池具有较高的能量密度。
在本申请的一种实施方案中,所述第一基膜的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯,所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。所述第二基膜的材料包括聚烯烃,所述聚烯烃的聚合单体包括乙烯或丙烯中的至少一种,所述第二粘结剂包括聚酰亚胺。选用上述第一基膜的材料、第一粘结剂,以及选用上述第二基膜的材料、第二粘结剂,通过机械强度高、玻璃化转变温度较高、孔隙率较高的无纺布膜与离子电导率高、熔点较低的第一粘结层配合形成第一隔膜,无纺布膜可以存储较多电解液配合第一粘结层的高离子电导率,可以进一步改善二次电池的循环性能,同时由于无纺布膜的机械强度高、玻璃化转变温度较高,其在高温下收缩小,可以弥补第一粘结层熔点较低、在高温下融化不能很好防止隔膜基膜收缩的问题,使得二次电池的高温热箱性能得到进一步改善;通过玻璃化转变温度较低、厚度较薄、化学稳定性较高的微孔膜与熔点较高的第二粘结层配合形成第二隔膜,可以弥补第一隔膜厚度较大带来的能量密度损失的问题,同时在高温下仍有较好粘结力的第二粘结层可在高温下降低熔点较低的微孔膜收缩的可能性,进一步改善二次电池的高温热箱性能。
在本申请的一种实施方案中,所述负极极片包括负极集流体和位于负极集流体两侧的第一负极材料层和第二负极材料层,沿所述电极组件的卷绕方向,所述第一负极材料层的长度大于所述第二负极材料层的长度,所述第一隔膜位于负极极片的所述第一负极材料层一侧,所述第二隔膜位于所述负极极片的所述第二负极材料层一侧。通过上述设置,第一基膜的孔隙率较大且第一粘结剂的溶胀较大,有利于第一隔膜存储更多的电解液,当第一隔膜位于负极极片的第一负极材料层一侧时,有利于在二次电池的负极极片A面处吸附更多的电解液,降低了二次电池循环后期因电解液断桥导致电解液与负极极片之间的界面析锂的风险。同时,在二次电池中设置上述结构,在兼顾能量密度的同时,有利于改善二次电池的高温热箱性能和循环性能。
在本申请的一种实施方案中,所述第一粘结剂的平均粒径为4μm至15μm,所述第二粘结剂的平均粒径为10μm至20μm。通过调控第一粘结剂的平均粒径和第二粘结剂的平均粒径在本申请范围内,第一粘结剂和第二粘结剂具有合适的平均粒径,能够使第一粘结层制备过程中的第一粘结层浆料具有合适的粘度、第二粘结层制备过程中的第二粘结层浆料具有合适的粘度,从而使第一粘结层和第二粘结层具有较高的粘结力,能够进一步提高隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力,有利于锂离子的传输,从而进一步改善二次电池的循环性能,同时二次电池还具有较好的高温热箱性能。
在本申请的一种实施方案中,所述第一粘结层的涂布重量为0.0004mg/mm2至0.002mg/mm2,所述第二粘结层的涂布重量为0.0004mg/mm2至0.002mg/mm2。通过调控第一粘结层的涂布重量和第二粘结层的涂布重量在本申请范围内,第一隔膜与正极极片和/或负极极片之间、第二隔膜与正极极片和/或负极极片之间具有较高的粘结力,能够强化第一隔膜与正极极片和/或负极极片之间、第二隔膜与正极极片和/或负极极片之间的界面,有利于锂离子的传输,能够进一步提高二次电池的循环性能。
在本申请的一种实施方案中,所述第一基膜的厚度为10μm至15μm,所述第二基膜的厚度为3μm至9μm。通过调控第一基膜的厚度和第二基膜的厚度在本申请范围内,有利于降低二次电池循环过程中产生的锂枝晶刺穿第二基膜而造成二次电池短路的风险,第一基膜和第二基膜具有较好的机械强度和热稳定性,第一基膜和第二基膜高温下不易收缩,能够进一步提高二次电池的高温热箱性能;同时使得锂离子在二次电池循环过程中的传输距离适中,能够进一步提高二次电池的循环性能;另外,第一基膜和第二基膜的总厚度较小,从而二次电池具有较高的能量密度。
在本申请的一种实施方案中,所述第一基膜的孔隙率为40%至70%,所述第二基膜的孔隙率为5%至50%。通过调控第一基膜的孔隙率和第二基膜的孔隙率在本申请范围内,第一隔膜和第二隔膜的机械强度较高、热稳定性较好,能够进一步提高二次电池的高温热箱性能;同时第一隔膜和第二隔膜的吸液保液能力较强,有利于锂离子的传输,从而进一步提高二次电池的循环性能。
在本申请的一种实施方案中,所述第一隔膜还包括位于所述第一基膜和所述第一粘结层之间的第一陶瓷涂层,和/或,所述第二隔膜还包括位于所述第二基膜和所述第二粘结层之间的第二陶瓷涂层,所述第一陶瓷涂层包括第一陶瓷粒子,所述第二陶瓷涂层包括第二陶瓷粒子,所述第一陶瓷粒子和所述第二陶瓷粒子各自独立地选自氧化铝、勃姆石(γ-AlOOH)、氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锡、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、氢氧化铝、氢氧化镁或氢氧化钙中的至少一种。第一隔膜还包括第一陶瓷涂层,和/或,第二隔膜还包括第二陶瓷涂层,并且第一陶瓷涂层中的第一陶瓷粒子的种类、第二陶瓷涂层中的第二陶瓷粒子的种类在本申请范围内,能够进一步提高第一隔膜、第二隔膜的热稳定性和机械强度,能够有效减缓第一隔膜、第二隔膜在高温下的收缩,从而进一步提高二次电池的高温热箱性能。
本申请的第二方面提供了一种电子装置,其包括前述任一实施方案中的二次电池。因此,本申请提供的电子装置具有良好的使用性能。
本申请的有益效果:
本申请提供了一种二次电池和电子装置,二次电池包括电极组件,电极组件为卷绕结构,电极组件包括正极极片、负极极片、第一隔膜和第二隔膜,负极极片位于第一隔膜和第二隔膜之间,第一隔膜包括第一基膜和第一粘结层,第二隔膜包括第二基膜和第二粘结层,第一粘结层包括第一粘结剂,第二粘结层包括第二粘结剂。第一基膜为无纺布膜,第一基膜的材料包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚酯、纤维素、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯酰胺、聚芳醚砜酮、芳纶或芳砜纶中的至少一种。第一粘结剂包括聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种。第二基膜为微孔膜,第二基膜的材料包括聚烯烃,聚烯烃的聚合单体包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、环丁烯、环戊烯或环己烯中的至少一种。第二粘结剂包括聚酰亚胺、聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠中的至少一种。本申请的二次电池通过搭配使用不同种类的第一隔膜和第二隔膜,能够提高隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力,提高二次电池的循环性能以及高温热箱性能,同时还使二次电池具有较高的能量密度。
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为本申请的一种实施方案的电极组件的结构示意图;
图2为本申请的另一种实施方案的电极组件的结构示意图;
图3为本申请的再一种实施方案的电极组件的结构示意图;
图4为本申请的再一种实施方案的电极组件的结构示意图;
图5为本申请的再一种实施方案的电极组件的结构示意图。
附图标记:
电极组件100;第一隔膜10;第一基膜11;第一粘结层12;第一陶瓷涂层13;第二隔膜20;第二基膜21;第二粘结层22;第二陶瓷涂层23;负极极片30;负极集流体31;负极材料层32;第一负极材料层33;第二负极材料层34;正极极片40;正极集流体41;正极材料层42。
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。本领域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,以锂离子电池作为二次电池的例子来解释本申请,但是本申请的二次电池并不仅限于锂离子电池。
本申请提供了一种二次电池,二次电池包括电极组件,电极组件为卷绕结构,定义电极组件的卷绕方向为W方向,电极组件包括正极极片、负极极片、第一隔膜和第二隔膜。本领域技术人员应当理解,正极极片、负极极片、第一隔膜和第二隔膜的卷绕方向与电极组件的卷绕方向相同。为便于理解电极组件中正极极片、负极极片、第一隔膜和第二隔膜的位置关系,图1示出了电极组件沿卷绕方向W方向展开后的局部结构示意图。如图1所示,电极组件100包括第一隔膜10、第二隔膜20、负极极片30和正极极片40,负极极片30位于第一隔膜10和第二隔膜20之间,第一隔膜10位于正极极片40和负极极片30之间,第一隔膜10包括第一基膜11和第一粘结层12,第一粘结层12设置于第一基膜11的两侧;第二隔膜20包括第二基膜21和第二粘结层22,第二粘结层22设置于第二基膜21的两侧。负极极片30包括负极集流体31和设置在负极集流体31两个表面上的负极材料层32,正极极片40包括正极集流体41和设置在正极集流体41两个表面上的正极材料层42。
第一粘结层包括第一粘结剂,第二粘结层包括第二粘结剂。第一基膜为无纺布膜,第一基膜的材料包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚酯、纤维素、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯酰胺、聚芳醚砜酮、芳纶或芳砜纶中的至少一种。第一粘结剂包括聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种。第二基膜为微孔膜,第二基膜的材料包括聚烯烃,聚烯烃的聚合单体包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、环丁烯、环戊烯或环己烯中的至少一种。第二粘结剂包括聚酰亚胺、聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠中的至少一种。
目前隔膜中常用的基膜包括微孔膜或无纺布膜,微孔膜的材料包括聚烯烃,例如聚丙烯(PP)微孔膜或聚乙烯(PE)微孔膜。无纺布膜的孔径分布较为均匀且孔隙率较大,具有良好的热稳定性和尺寸稳定性,将其应用于二次电池中,具有机械强度较高、吸液保液能力较强的优点,能够使二次电池的具有较好的充放电性能以及安全性能。但是,无纺布膜相较于聚烯烃微孔膜的厚度较厚,会带来厚度损失,从而降低二次电池的能量密度。隔膜中粘结层的粘结剂包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯醇(PVA)或羧甲基纤维素钠(CMC-Na)。PVDF和PVDF-HFP具有较低的结晶度和玻璃转化温度,其与电解液的兼容性以及与极片的黏附性较好,但是熔点较低,其熔点为115℃至170℃,当外界温度接近上述粘结剂的熔点时,上述粘结剂会熔化,导致无法有效地黏附正极极片或负极极片,无法进一步阻止隔膜基膜收缩。PI、PVA以及CMC-Na具有较高的熔点,其熔点大于200℃,可以在更高温度下有效地黏附正极极片或负极极片,还能够提高隔膜高温下的热稳定性,但是上述粘结剂无法在电解液中产生有效溶胀,无法有效提高黏附性和离子电导率,会降低二次电池的电化学性能。在本申请中,高温是指温度高于180℃。
本申请通过机械强度高、玻璃化转变温度较高、孔隙率较高的无纺布膜与离子电导率高、熔点较低的第一粘结层配合形成第一隔膜,无纺布膜可以存储较多电解液配合第一粘结层的高离子电导率,可以改善二次电池的循环性能,同时由于无纺布膜的机械强度高、玻璃化转变温度较高,其在高温下收缩小,可以弥补第一粘结层熔点较低、在高温下融化不能很好防止隔膜基膜收缩的问题,使得二次电池的高温热箱性能得到改善。通过玻璃化转变温度较低、厚度较薄、化学稳定性较高的微孔膜与熔点较高的第二粘结层配合形成第二隔膜,可以弥补第一隔膜厚度较大带来的能量密度损失的问题,同时在高温下仍有较好粘结力的第二粘结层可在高温下降低熔点较低的微孔膜收缩的可能性,使二次电池的高温热箱性能良好。由于第一隔膜较厚,且无纺布膜强度较高,将第一隔膜置于正极极片和负极极片之间,可以更好地降低高温时正极极片和负极极片因为隔膜收缩导致短路的可能性,并降低正极极片上较大的正极活性物质颗粒刺破隔膜导致短路的可能性。本申请的二次电池通过搭配使用不同种类的第一隔膜和第二隔膜,能够提高隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力,提高二次电池的循环性能以及高温热箱性能,同时还使二次电池具有较高的能量密度。
本申请的一种实施方案中,第一基膜的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯,第一粘结剂包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。第二基膜的材料包括聚烯烃,聚烯烃的聚合单体包括乙烯或丙烯中的至少一种,第二粘结剂包括聚酰亚胺。选用上述第一基膜的材料、第一粘结剂,以及选用上述第二基膜的材料、第二粘结剂,通过机械强度高、玻璃化转变温度较高、孔隙率较高的无纺布膜与离子电导率高、熔点较低的第一粘结层配合形成第一隔膜,无纺布膜可以存储较多电解液配合第一粘结层的高离子电导率,可以进一步改善二次电池的循环性能,同时由于无纺布膜的机械强度高、玻璃化转变温度较高,其在高温下收缩小,可以弥补第一粘结层熔点较低、在高温下融化不能很好防止隔膜基膜收缩的问题,使得二次电池的高温热箱性能得到进一步改善;通过玻璃化转变温度较低、厚度较薄、化学稳定性较高的微孔膜与熔点较高的第二粘结层配合形成第二隔膜,可以弥补第一隔膜厚度较大带来的能量密度损失的问题,同时在高温下仍有较好粘结力的第二粘结层可在高温下降低熔点较低的微孔膜收缩的可能性,进一步改善二次电池的高温热箱性能。
本申请的一种实施方案中,如图2所示,负极极片30包括负极集流体31和位于负极集流体31两侧的第一负极材料层33和第二负极材料层34,沿电极组件的卷绕方向,即W方向,第一负极材料层33与第二负极材料层34的一端齐平,第一负极材料层33另一端的长度大于第二负极材料层34另一端的长度,第一隔膜10位于负极极片30的第一负极材料层33一侧,第二隔膜20位于负极极片30的第二负极材料层34一侧。通过上述设置,第一基膜的孔隙率较大且第一粘结剂的溶胀较大,有利于第一隔膜存储更多的电解液,当第一隔膜位于负极极片的第一负极材料层一侧时,有利于在二次电池的负极极片A面处吸附更多的电解液,降低了二次电池循环后期因电解液断桥导致电解液与负极极片之间的界面析锂的风险。同时,在二次电池中设置上述结构,在兼顾能量密度的同时,有利于改善二次电池的高温热箱性能和循环性能。在本申请中,负极极片的A面是指包括第一负极材料层的负极极片的一侧,即负极极片中负极材料层较长的一侧。
本申请的一种实施方案中,负极极片包括负极集流体和位于负极集流体两侧的第一负极材料层和第二负极材料层,沿电极组件的卷绕方向,即W方向,第一负极材料层两端的长度大于第二负极材料层两端的长度,第一隔膜位于负极极片的第一负极材料层一侧,第二隔膜位于负极极片的第二负极材料层一侧。通过上述设置,第一基膜的孔隙率较大且第一粘结剂的溶胀较大,有利于第一隔膜存储更多的电解液,当第一隔膜位于负极极片的第一负极材料层一侧时,有利于在二次电池的负极极片A面处吸附更多的电解液,降低了二次电池循环后期因电解液断桥导致电解液与负极极片之间的界面析锂的风险。同时,在二次电池中设置上述结构,在兼顾能量密度的同时,有利于改善二次电池的高温热箱性能和循环性能。
本申请的一种实施方案中,第一粘结剂的平均粒径D1为4μm至15μm。示例性地,第一粘结剂的平均粒径D1可以为4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm或为上述任意两个数值组成的范围。第二粘结剂的平均粒径D2为10μm至20μm。示例性地,第二粘结剂的平均粒径D2可以为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控第一粘结剂的平均粒径D1和第二粘结剂的平均粒径D2在本申请范围内,第一粘结剂和第二粘结剂具有合适的平均粒径,能够使第一粘结层制备过程中的第一粘结层浆料具有合适的粘度、第二粘结层制备过程中的第二粘结层浆料具有合适的粘度,从而使第一粘结层和第二粘结层具有较高的粘结力,能够进一步提高隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力,有利于锂离子的传输,从而进一步改善二次电池的循环性能,同时二次电池还具有较好的高温热箱性能。
本申请的一种实施方案中,第一粘结层的涂布重量CW1为0.0004mg/mm2至0.002mg/mm2。示例性地,第一粘结层的涂布重量CW1可以为0.0004mg/mm2、0.0006mg/mm2、0.0008mg/mm2、0.001mg/mm2、0.0012mg/mm2、0.0014mg/mm2、0.0016mg/mm2、0.0018mg/mm2、0.002mg/mm2或为上述任意两个数值组成的范围。第二粘结层的涂布重量CW2为0.0004mg/mm2至0.002mg/mm2。示例性地,第二粘结层的涂布重量CW2可以为0.0004mg/mm2、0.0006mg/mm2、0.0008mg/mm2、0.001mg/mm2、0.0012mg/mm2、0.0014mg/mm2、0.0016mg/mm2、0.0018mg/mm2、0.002mg/mm2或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控第一粘结层的涂布重量CW1和第二粘结层的涂布重量CW2在本申请范围内,第一隔膜与正极极片和/或负极极片之间、第二隔膜与正极极片和/或负极极片之间具有较高的粘结力,能够强化第一隔膜与正极极片和/或负极极片之间、第二隔膜与正极极片和/或负极极片之间的界面,有利于锂离子的传输,能够进一步提高二次电池的循环性能。
本申请的一种实施方案中,第一基膜的厚度H1为10μm至15μm。示例性地,第一基膜的厚度H1可以为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm或为上述任意两个数值组成的范围。第二基膜的厚度H2为3μm至9μm。示例性地,第二基膜的厚度H2可以为3μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控第一基膜的厚度H1和第二基膜的厚度H2在本申请范围内,有利于降低二次电池循环过程中产生的锂枝晶刺穿第二基膜而造成二次电池短路的风险,第一基膜和第二基膜具有较好的机械强度和热稳定性,第一基膜和第二基膜高温下不易收缩,能够进一步提高二次电池的高温热箱性能;同时使得锂离子在二次电池循环过程中的传输距离适中,能够进一步提高二次电池的循环性能;另外,第一基膜和第二基膜的总厚度较小,从而二次电池具有较高的能量密度。
本申请的一种实施方案中,第一基膜的孔隙率P1为40%至70%。示例性地,第一基膜的孔隙率P1可以为40%、42%、44%、46%、48%、50%、52%、54%、56%、58%、60%、62%、64%、66%、68%、70%或为上述任意两个数值组成的范围。第二基膜的孔隙率P2为5%至50%。示例性地,第二基膜的孔隙率P2可以为5%、7%、9%、10%、13%、15%、17%、20%、23%、25%、27%、30%、33%、35%、37%、40%、43%、45%、47%、50%或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控第一基膜的孔隙率P1和第二基膜的孔隙率P2在本申请范围内,第一隔膜和第二隔膜的机械强度较高、热稳定性较好,能够进一步提高二次电池的高温热箱性能;同时第一隔膜和第二隔膜的吸液保液能力较强,有利于锂离子的传输,从而进一步提高二次电池的循环性能。
本申请的一种实施方案中,第一隔膜还包括位于第一基膜和第一粘结层之间的第一陶瓷涂层,和/或,第二隔膜还包括位于第二基膜和第二粘结层之间的第二陶瓷涂层,第一陶瓷涂层包括第一陶瓷粒子,第二陶瓷涂层包括第二陶瓷粒子,第一陶瓷粒子和第二陶瓷粒子各自独立地选自氧化铝、勃姆石、氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锡、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、氢氧化铝、氢氧化镁或氢氧化钙中的至少一种。
本申请的一种实施方案中,如图3所示,第一隔膜10还包括位于第一基膜11和第一粘结层12之间的第一陶瓷涂层13,第一陶瓷涂层13包括第一陶瓷粒子,第一陶瓷粒子选自氧化铝、勃姆石、氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锡、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、氢氧化铝、氢氧化镁或氢氧化钙中的至少一种。第一隔膜还包括第一陶瓷涂层,并且第一陶瓷涂层中的第一陶瓷粒子的种类在本申请范围内,能够进一步提高第一隔膜的热稳定性和机械强度,能够有效减缓第一隔膜在高温下的收缩,从而进一步提高二次电池的高温热箱性能。
本申请的一种实施方案中,如图4所示,第二隔膜20还包括位于第二基膜21和第二粘结层22之间的第二陶瓷涂层23,第二陶瓷涂层23包括第二陶瓷粒子,第二陶瓷粒子选自氧化铝、勃姆石、氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锡、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、氢氧化铝、氢氧化镁或氢氧化钙中的至少一种。第二隔膜还包括第二陶瓷涂层,并且第二陶瓷涂层中的第二陶瓷粒子的种类在本申请范围内,能够进一步提高第二隔膜的热稳定性和机械强度,能够有效减缓第二隔膜在高温下的收缩,从而进一步提高二次电池的高温热箱性能。
本申请的一种实施方案中,如图5所示,第一隔膜10还包括位于第一基膜11和第一粘结层12之间的第一陶瓷涂层13,第二隔膜20还包括位于第二基膜21和第二粘结层22之间的第二陶瓷涂层23,第一陶瓷涂层13包括第一陶瓷粒子,第二陶瓷涂层23包括第二陶瓷粒子,第一陶瓷粒子和第二陶瓷粒子各自独立地选自氧化铝、勃姆石、氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锡、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、氢氧化铝、氢氧化镁或氢氧化钙中的至少一种。第一隔膜还包括第一陶瓷涂层,第二隔膜还包括第二陶瓷涂层,并且第一陶瓷涂层中的第一陶瓷粒子的种类、第二陶瓷涂层中的第二陶瓷粒子的种类在本申请范围内,能够进一步提高第一隔膜、第二隔膜的热稳定性和机械强度,能够有效减缓第一隔膜、第二隔膜在高温下的收缩,从而进一步提高二次电池的高温热箱性能。
本申请的一种实施方案中,第一陶瓷涂层还包括第三粘结剂,第二陶瓷涂层还包括第四粘结剂。本申请对第三粘结剂、第四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。例如,第三粘结剂和第四粘结剂各自独立地选自丁苯橡胶、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯或聚丙烯腈中的至少一种。本申请对第一陶瓷粒子和第三粘结剂在第一陶瓷涂层中的含量,第二陶瓷粒子和第四粘结剂在第二陶瓷涂层中的含量没有特别限制,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择,只要能够实现本申请目的即可。本申请对第一陶瓷涂层和第二陶瓷涂层的涂布重量没有特别限制,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择,只要能够实现本申请目的即可。
本申请对第一基膜的材料的重均分子量没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,第一基膜的材料的重均分子量可以为2×105至1.5×106。本申请对第二基膜的材料的重均分子量没有特别限制,只有能够实现本申请目的即可。例如,第二基膜的材料的重均分子量可以为2×105至1.5×106。本申请对微孔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,微孔膜可以由本申请范围内的材料通过湿法工艺或干法工艺采用单向拉伸或双向拉伸制备得到,或采用热致相分离法制备得到。本申请对无纺布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,无纺布膜可以由本申请范围内的材料通过熔喷法、纺黏法、湿法抄纸、水刺法、针刺法或热轧法中的至少一种制备得到。在本申请中,可以理解的是,第一基膜的材料即为无纺布膜的材料,第二基膜的材料即为微孔膜的材料。也可以选择材料不同的市售无纺布膜和微孔膜,选择所需材料的第一基膜和第二基膜。本申请没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。
本申请对第一粘结剂的重均分子量(Mw)没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,第一粘结剂的重均分子量可以为6×105至9×106。本申请对第二粘结剂的重均分子量没有特别限制,只有能够实现本申请目的即可。例如,第二粘结剂的重均分子量可以为5×105至7×106。
在本申请的一种实施方案中,第一粘结层还可以包括第一增稠剂,第二粘结层还可以包括第二增稠剂。将第一增稠剂应用于第一粘结层,第二增稠剂应用于第二粘结层中,有利于增加第一粘结层浆料和第二粘结层浆料的稳定性,防止第一粘结层浆料、第二粘结层浆料中各组分的沉降。本申请对第一增稠剂、第二增稠剂的种类没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,第一增稠剂、第二增稠剂各自独立地选自羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺或海藻酸钠中的至少一种。本申请对第一增稠剂在第一粘结层中的含量、第二增稠剂在第二粘结层中的含量没有特别限制,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择,只要能够实现本申请目的即可。例如,基于第一粘结层的质量,第一增稠剂的质量百分含量为0.3%至6%;基于第二粘结层的质量,第二增稠剂的质量百分含量为0.3%至6%。本申请对第一粘结剂在第一粘结层中的含量、第二粘结剂在第二粘结层中的含量没有特别限制,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择,只要能够实现本申请目的即可。例如,基于第一粘结层的质量,第一粘结剂的质量百分含量为94%至99.7%;基于第二粘结层的质量,第二粘结剂的质量百分含量为94%至99.7%。
本申请对第一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,第一隔膜的制备方法包括但不限于以下步骤:(1)将第一粘结剂和第一增稠剂混合均匀,得到第一粘结层浆料;(2)在第一基膜的一个表面上涂布第一粘结层浆料,烘干后,得到单面涂布第一粘结层的第一隔膜;(3)在第一基膜的另一个表面上重复以上步骤,即制得第一隔膜。
在本申请的另一种实施方案中,第一隔膜的制备方法可以包括但不限于以下步骤:(1)将第一粘结剂和第一增稠剂混合均匀,得到第一粘结层浆料;(2)将第一陶瓷粒子和第三粘结剂混合均匀,得到第一陶瓷涂层浆料;(3)在第一基膜的一个表面上涂覆第一粘结层浆料,烘干后,在第一基膜的一个表面上形成第一粘结层;在第一基膜的另一个表面上先涂覆第一陶瓷涂层浆料,烘干后,在第一基膜的另一个表面上形成第一陶瓷涂层;然后在第一陶瓷涂层远离第一基膜的表面上涂覆第一粘结层浆料,烘干后,在第一陶瓷涂层远离第一基膜的表面上形成另一层第一粘结层,即制得第一隔膜。
本申请对第二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,第二隔膜的制备方法包括但不限于以下步骤:(1)将第二粘结剂和第二增稠剂混合均匀,得到第二粘结层浆料;(2)在第二基膜的一个表面上涂布第二粘结层浆料,烘干后,得到单面涂布第二粘结层的第二隔膜;(3)在第二基膜的另一个表面上重复以上步骤,即制得第二隔膜。
在本申请的另一种实施方案中,第二隔膜的制备方法可以包括但不限于以下步骤:(1)将第二粘结剂和第二增稠剂混合均匀,得到第二粘结层浆料;(2)将第二陶瓷粒子和第四粘结剂混合均匀,得到第二陶瓷涂层浆料;(3)在第二基膜的一个表面上涂覆第二粘结层浆料,烘干后,在第二基膜的一个表面上形成第二粘结层;在第二基膜的另一个表面上先涂覆第二陶瓷涂层浆料,烘干后,在第二基膜的另一个表面上形成第二陶瓷涂层;然后在第二陶瓷涂层远离第二基膜的表面上涂覆第二粘结层浆料,烘干后,在第二陶瓷涂层远离第二基膜的表面上形成另一层第二粘结层,即制得第二隔膜。
本申请对第一粘结剂的平均粒径、第二粘结剂的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,可以选择平均粒径不同的市售的第一粘结剂和第二粘结剂,并结合本申请中“第一粘结剂和第二粘结剂的平均粒径测试”的测试方法测试第一粘结剂和第二粘结剂的平均粒径,并选择所需平均粒径的第一粘结剂和第二粘结剂。
本申请中,第一粘结层的涂布重量、第二粘结层的涂布重量可通过本领域技术人员已知手段进行调控,例如,将第一粘结层浆料涂覆在第一基膜表面时,在第一粘结层浆料固含量一定的基础上,增大第一粘结层浆料的涂覆量以增大第一粘结层的涂布重量;将第二粘结层浆料涂覆在第二基膜表面时,在第二粘结层浆料固含量一定的基础上,增大第二粘结层浆料的涂覆量以增大第二粘结层的涂布重量,本申请不做特别限制,只要能够实现本申请目的即可。
本申请对第一基膜的厚度、第二基膜的厚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,可以选择厚度不同的市售的第一基膜和第二基膜,并结合本申请中“第一基膜和第二基膜的厚度测试”的测试方法测试第一基膜和第二基膜的厚度,并选择所需厚度的第一基膜和第二基膜。
本申请对第一基膜的孔隙率、第二基膜的孔隙率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,可以选择孔隙率不同的市售无纺布膜和微孔膜,并结合本申请中“第一基膜和第二基膜的孔隙率测试”的测试方法测试第一基膜和第二基膜的孔隙率,并选择所需孔隙率的第一基膜和第二基膜。
本申请对负极集流体没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可,例如,可以包含铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体(例如锂铜复合集流体、碳铜复合集流体、镍铜复合集流体、钛铜复合集流体等)等。
本申请的负极材料层、第一负极材料层、第二负极材料层包括负极活性材料。本申请对负极活性材料没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可,例如,负极活性材料可以包括天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、SiOx(0.5<x<1.6)、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。本申请的负极材料层、第一负极材料层、第二负极材料层还包括负极粘结剂。本申请对负极粘结剂没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可,例如,负极粘结剂可以包括聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏二氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物(丁苯橡胶)、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、羟甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钾中的至少一种。本申请的负极材料层、第一负极材料层、第二负极材料层还可以包括负极导电剂。本申请对负极导电剂没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可,例如,负极导电剂可以包括但不限于导电炭黑、碳纳米管(CNTs)、碳纤维、鳞片石墨、石墨烯、金属材料或导电聚合物中的至少一种。上述导电炭黑可以包括但不限于乙炔黑和/或科琴黑。上述碳纳米管可以包括但不限于单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。上述碳纤维可以包括但不限于气相生长碳纤维(VGCF)和/或纳米碳纤维。上述金属材料可以包括但不限于金属粉和/或金属纤维,具体地,金属可以包括但不限于铜、镍、铝或银中的至少一种。上述导电聚合物可以包括但不限于聚亚苯基衍生物、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔或聚吡咯中的至少一种。本申请对负极材料层、第一负极材料层、第二负极材料层各自材料层中的负极活性材料、负极粘结剂、负极导电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的目的即可。
本申请对负极集流体的厚度没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可,例如,负极集流体的厚度为4μm至15μm。本申请对负极材料层、第一负极材料层、第二负极材料层的厚度没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可,例如,单面负极材料层的厚度为30μm至130μm,单面第一负极材料层的厚度为30μm至130μm,单面第二负极材料层的厚度为30μm至130μm。
任选地,负极极片还可以包含导电层,导电层位于负极集流体和负极材料层之间。本申请对导电层的组成没有特别限制,可以是本领域常用的导电层。导电层包括导电剂和粘结剂。本申请对导电层中的导电剂和粘结剂没有特别限制,可以是上述负极导电剂和上述负极粘结剂中的至少一种。本申请对导电层中的导电剂和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的目的即可。
在本申请中,正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上的正极材料层。上述“设置在正极集流体至少一个表面上的正极材料层”是指正极材料层可以设置在正极集流体沿自身厚度方向上的一个表面上,也可以设置在正极集流体沿自身厚度方向上的两个表面上。需要说明,这里的“表面”可以是正极集流体的全部区域,也可以是正极集流体的部分区域,本申请没有特别限制,只要能实现本申请的目的即可。示例性地,如图1至图5所示,正极极片40包括正极集流体41和设置在正极集流体41两个表面上的正极材料层42。本申请对正极集流体没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可,例如,可以包含铝箔、铝合金箔或复合集流体(例如铝碳复合集流体)等。
本申请的正极材料层包括正极活性材料,正极活性材料包括能够可逆地嵌入和脱出活性离子如锂离子的物质。正极材料层可以是一层或多层,多层正极材料层中的每层可以包含相同或不同的正极活性材料。本申请对正极活性材料没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可,例如,正极活性材料可以包括但不限于镍钴锰酸锂(例如NCM811、NCM622、NCM523、NCM111)、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中的至少一种。本申请的正极材料层还包括正极导电剂和正极粘结剂,本申请对正极材料层中的正极导电剂和正极粘结剂没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可。例如,正极导电剂可以包括上述负极导电剂中的至少一种;正极粘结剂可以包括上述负极粘结剂中的至少一种。本申请对正极材料层中正极活性材料、正极导电剂、正极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的目的即可。
本申请对正极集流体的厚度没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可,例如,正极集流体的厚度为9μm至15μm。本申请对正极材料层的厚度没有特别限制,只要能够实现本申请的目的即可,例如,单面正极材料层的厚度为30μm至120μm。
任选地,正极极片还可以包含导电层,导电层位于正极集流体和正极材料层之间。本申请对导电层的组成没有特别限制,可以是本领域常用的导电层。导电层包括导电剂和粘结剂。本申请对导电层中的导电剂和粘结剂没有特别限制,可以是上述正极导电剂和上述正极粘结剂中的至少一种。本申请对导电层中的导电剂和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的目的即可。
在本申请中,二次电池还包括电解液。电解液包括锂盐。本申请对锂盐的种类没有特别限制,可以采用本领域已知的锂盐,示例性地,锂盐可以包括但不限于六氟磷酸锂(LiPF6)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiN(CF3SO2)2,LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂(Li(N(SO2F)2),LiFSI)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双草酸硼酸锂(LiB(C2O4)2,LiBOB)或二氟草酸硼酸锂(LiBF2(C2O4),LiDFOB)中的至少一种。本申请对锂盐在电解液中的质量百分含量没有特别限制,只要能实现本申请的目的即可。电解液包括非水有机溶剂。本申请对非水有机溶剂没有特别限制,只要能够实现本申请目的即可。例如,非水有机溶剂可以包含碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物或其它有机溶剂中的至少一种。上述碳酸酯化合物可以包括但不限于链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物或氟代碳酸酯化合物中的至少一种。上述链状碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)或碳酸甲乙酯(EMC)中的至少一种。上述环状碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)或碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)中的至少一种。上述氟代碳酸酯化合物可以包括但不限于氟代碳酸亚乙酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯中的至少一种。上述羧酸酯化合物可以包括但不限于甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种。上述醚化合物可以包括但不限于二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃或四氢呋喃中的至少一种。上述其它有机溶剂可以包括但不限于二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯或磷酸酯中的至少一种。本申请对非水有机溶剂在电解液中的质量百分含量没有特别限制,只要能实现本申请的目的即可。
本申请的二次电池还包括包装袋,用于容纳正极极片、负极极片、隔膜和电解液,以及二次电池中本领域已知的其它部件,本申请对上述其它部件不做限定。本申请对包装袋没有特别限制,可以为本领域公知的包装袋,只要能够实现本申请目的即可。例如,可采用铝塑膜包装袋。
本申请的二次电池没有特别限制,其可以包括发生电化学反应的任何装置。在本申请的一种实施方案中,二次电池可以包括但不限于:锂离子二次电池(锂离子电池)、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池等。
本申请对二次电池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,二次电池的制备方法包括但不限于如下步骤:将正极极片、第一隔膜、负极极片、第二隔膜按顺序堆叠,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,得到二次电池。
本申请的第二方面提供了一种电子装置,其包括前述任一实施方案中的二次电池。本申请的二次电池具有较好的循环性能、高温热箱性能以及较高的能量密度,因此,本申请的电子装置具有良好的使用性能。
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。另外,只要无特别说明,“份”、“%”为质量基准。
测试方法和设备:
第一隔膜和第二隔膜取样方法:
将被测实施例和对比例中的锂离子电池进行拆解,取出第一隔膜和第二隔膜,碳酸二甲酯(DMC)浸泡20min去除电解液残留,之后将第一隔膜、第二隔膜放于烘箱内,60℃烘干12h,得到第一隔膜样品和第二隔膜样品。以下第一粘结剂和第二粘结剂的平均粒径测试、第一基膜和第二基膜的厚度测试中的第一隔膜和第二隔膜均采用上述方法取样。
第一粘结剂和第二粘结剂的平均粒径测试:
对于第一粘结剂和第二粘结剂的平均粒径,可以通过扫描电子显微镜(SEM)分别观测第一隔膜垂直于厚度方向的表面和第二隔膜垂直于厚度方向的表面,在第一粘结层中任意选取10个第一粘结剂获得第一粘结剂的平均粒径D1,在第二粘结层中任意选取10个第二粘结剂获得第二粘结剂的平均粒径D2。值得注意的是,由于第一粘结剂和第二粘结剂的颗粒会在锂离子电池制备过程中的冷压、热压等过程中的压力作用下变形,使得颗粒沿隔膜厚度方向和垂直于隔膜厚度方向的直径不同,本申请的第一粘结剂和第二粘结剂的平均粒径为颗粒在垂直于隔膜厚度方向的表面测量得到的直径,因此,上述第一粘结剂和第二粘结剂的平均粒径不受第一粘结层和第二粘结层的厚度限制。
第一基膜和第二基膜的厚度测试:
对第一隔膜进行氩离子抛光获得第一隔膜截面,通过场发射扫描电子显微镜(飞利浦公司,XL-30型)观察第一隔膜沿厚度方向的截面的形貌并拍摄扫描电镜照片,通过扫描电镜测得第一基膜的厚度H1;
对第二隔膜进行氩离子抛光获得第二隔膜截面,通过场发射扫描电子显微镜(飞利浦公司,XL-30型)观察第二隔膜沿厚度方向的截面的形貌并拍摄扫描电镜照片,通过扫描电镜测得第二基膜的厚度H2。
第一基膜和第二基膜的孔隙率测试:
将被测实施例和对比例中的锂离子电池进行拆解,取出第一隔膜和第二隔膜,碳酸二甲酯(DMC)浸泡20min去除电解液残留,之后将第一隔膜、第二隔膜放于烘箱内,60℃烘干12h,得到第一隔膜样品和第二隔膜样品。将经过DMC清洗烘干得到的第一隔膜样品和第二隔膜样品放入容器,加入适量N-甲基吡咯烷酮(NMP),放入带加热功能的超声仪器中进行超声,温度控制在45℃,超声3h。当第一隔膜和第二隔膜变为全部透明后取出,获得第一基膜样品和第二基膜样品。
采用气体置换法测试,用模具对第一基膜样品和第二基膜样品进行冲切制备试样(本领域技术人员可以根据测试样品尺寸、形状、测试设备要求等因素,选择本领域常见尺寸和形状的模具),采用真密度测试仪测得试样的真体积V0,试样的表观体积V可以通过试样的面积和厚度计算得到,则试样孔体积占总面积的百分比P=(V-V0)/V×100%,即为第一基膜或第二基膜的孔隙率。
锂离子电池厚度的测试:
通过增减砝码将测试压力调整为600g;将3mm的量块放到载物平台,按两侧白色按钮,面板压力间隙电池测厚仪(PPG电池测厚仪)自动将量块送入并测试,依次测试任意9个点,校验公差为±0.02mm,在规格内方可使用;单手拿锂离子电池,条码面朝上放置在载物台上,先扫描条码,然后按两侧白色按钮,仪器自动将锂离子电池送入并测试,记录测试结果,即为锂离子电池厚度THK。在本申请中,锂离子电池的厚度越小,锂离子电池的体积越小,锂离子电池的能量密度越高。
循环性能测试:
在25℃的条件下,将锂离子电池以2C恒流充电至4.5V,4.5V恒压充电至电流为0.02C,静置5min后,再用0.7C恒流放电至3.0V,此时为首圈循环,记录放电容量。按照上述过程使锂离子电池进行充放电循环,循环至1000圈(cls)时,停止测试,计算容量保持率,作为评价锂离子电池循环性能的指标。
容量保持率(%)=(循环1000cls后的放电容量/首圈放电容量)×100%。
高温热箱测试:
在25℃的条件下,将以2C恒流充电至4.5V,4.5V恒压充电至电流为0.02C后的锂离子电池放入循环空气对流、温度25℃、湿度80%的试验箱中,静置5min后将试验箱以5℃/min的速率升温至130℃,保持130℃不变,10min后停止试验,检查锂离子电池是否起火或爆炸。不起火不爆炸即为通过。130℃下热箱测试通过率=130℃下热箱测试通过数/130℃下热箱测试总数(10个)。
在25℃的条件下,将以2C恒流充电至4.5V,4.5V恒压充电至电流为0.02C后的锂离子电池放入循环空气对流、温度25℃、湿度80%的试验箱中,静置5min后将试验箱以5℃/min的速率升温至132℃,保持132℃不变,10min后停止试验,检查锂离子电池是否起火或爆炸。不起火不爆炸即为通过。132℃下热箱测试通过率=132℃下热箱测试通过数/132℃下热箱测试总数(10个)。
隔膜对极片的粘结力测试:
采用180°剥离测试标准测得隔膜与极片干压粘结力,将被测实施例和对比例中的锂离子电池进行拆解,剥离出正极极片、负极极片、第一隔膜和第二隔膜,
将待测的极片和隔膜用碳酸二甲醚浸泡20min去除电解液,之后将待测隔膜与极片复合,使用热压机热压,条件为85℃、1MPa、85s,将复合好的样品裁切成15mm×54.2mm小条,得到用于待测隔膜对待测极片的粘结力测试的测试样条。将15mm×55mm的双面胶(NITTO.NO5000NS)贴于钢板上,然后将测试样条贴在双面胶上,测试面朝下。将15mm×70mm的纸带通过双面胶与测试样条的一端进行连接,用手推动质量为2kg的小棍在测试样条上辊压8次,得到测试样品。使用拉力机进行测试。将测试样品固定于测试台上,将纸带180°向上翻折,并通过夹具固定,随后拉力机以50mm/min的速度开始拉动纸带,直至双面胶表面的待测隔膜和待测极片分离后结束测试,保存测试数据。根据待测隔膜和待测极片分离时的拉力以及拉伸的位移计算得到待测隔膜对待测极片之间的粘结力F,单位为N/m。第一隔膜对正极极片之间的粘结力F1,单位为N/m;第一隔膜对负极极片之间的粘结力F2,单位为N/m;第二隔膜对负极极片之间的粘结力F3,单位为N/m。
实施例1-1
<第一隔膜的制备>
采用厚度H1为12μm的无纺布膜作为第一基膜,无纺布膜的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯,第一基膜的孔隙率P1为55%。(厂商:杜邦,牌号:FR543)。
将第一粘结剂聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP,Mw=8.5×106)和第一增稠剂羧甲基纤维素钠(Mw=8×105)按照质量比98.5:1.5混合,加入去离子水作为溶剂,搅拌均匀后形成固含量为75wt%的第一粘结层浆料。
在第一基膜的一个表面上涂布第一粘结层浆料,60℃下烘干后,得到单面涂布第一粘结层的第一隔膜;之后,在第一基膜的另一个表面上重复以上步骤,即得到第一隔膜。其中,第一粘结剂的平均粒径D1为8μm,第一粘结层的涂布重量CW1为0.001mg/mm2。
<第二隔膜的制备>
采用厚度H2为7μm的微孔膜作为第二基膜,微孔膜的材料为聚丙烯与聚乙烯,其中,聚丙烯与聚乙烯质量比为1:1,第二基膜的孔隙率P2为18%。(厂商:Celgard,牌号:2325)。
将第二粘结剂聚酰亚胺(PI,Mw=6×105)和第二增稠剂羧甲基纤维素钠(Mw=8×105)按照质量比98.5:1.5混合,加入去离子水作为溶剂,搅拌均匀后形成固含量为75wt%的第二粘结层浆料;
在第二基膜的一个表面上涂布第二粘结层浆料,60℃下烘干后,得到单面涂布第二粘结层的第二隔膜;之后,在第二基膜的另一个表面上重复以上步骤,即得到第二隔膜。其中,第二粘结剂的平均粒径D2为15μm,第二粘结层的涂布重量CW2为0.0005mg/mm2。
<负极极片的制备>
将负极活性材料人造石墨、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠以质量比97.6:1.1:1.3进行混合,然后加入去离子水作为溶剂,搅拌均匀后得到固含量为70wt%的第一负极浆料。同时,第一负极浆料也作为第二负极浆料使用。将第一负极浆料涂布在厚度为6μm的负极集流体铜箔的一个表面上,90℃条件下进行烘干,得到第一负极材料层涂布厚度为50μm的负极极片。将第二负极浆料涂覆在负极集流体铜箔的另一个表面上,烘干后,该表面涂布的第二负极材料层厚度为50μm,进而得到总厚度为106μm的负极极片。将涂布完成后的负极极片进行冷压,然后裁切成74mm×824mm的规格待用。其中,第一负极材料层的压实密度为1.735g/cm3,长度为720mm,第二负极材料层的压实密度为1.735g/cm3,长度为680mm。
<正极极片的制备>
将正极活性材料钴酸锂、导电剂导电炭黑和正极粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比95:2.5:2.5进行混合,加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,充分搅拌混合均匀调配成为固含量为75wt%的正极浆料,将正极浆料均匀涂布于厚度为10μm的正极集流体铝箔的一个表面上,90℃条件下烘干,得到单面涂布厚度为55μm的正极材料层的正极极片。将正极浆料涂布在正极集流体铝箔的另一个表面上,烘干后,该表面涂布的正极材料层厚度为55μm,即得到双面涂布正极材料层,总厚度为120μm的正极极片。将涂布完成后的正极极片进行冷压,然后裁切成70mm×800mm的规格待用。其中,正极材料层的压实密度为4.23g/cm3。
<电解液的制备>
在充有干燥氩气气氛的手套箱中,将碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)以质量比1:1:1混合得到基础溶剂,然后向上述基础溶剂中加入六氟磷酸锂(LiPF6)锂盐溶解并充分混合均匀,得到电解液。其中,基于电解液的质量,LiPF6的质量百分含量为12%,余量为基础溶剂。
<锂离子电池的制备>
将上述制备的正极极片、第一隔膜、负极极片、第二隔膜按顺序依次叠好,然后卷绕得到电极组件。正极极耳以铝极耳点焊引出、负极极耳以镍极耳点焊引出。其中,第一负极材料层靠近第一隔膜、第二负极材料层靠近第二隔膜。将电极组件装入铝塑膜中,于80℃真空烘箱中干燥12h脱去水分后,注入上述配置好的电解液,经真空封装、静置、化成(0.02C恒流充电至3.5V,再以0.1C恒流充电至3.9V)、容量、整形工序后得到锂离子电池。
实施例1-2至实施例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
除了按照以下步骤制备锂离子电池以外,其余与实施例1-1相同。
<锂离子电池的制备>
将制备好的正极极片、第一隔膜、负极极片、第二隔膜按顺序依次叠好,然后卷绕得到电极组件。正极极耳以铝极耳点焊引出、负极极耳以镍极耳点焊引出。其中,第一负极材料层靠近第二隔膜、第二负极材料层靠近第一隔膜。将电极组件装入铝塑膜中,于80℃真空烘箱中干燥12h脱去水分后,注入上述配置好的电解液,经真空封装、静置、化成(0.02C恒流充电至3.5V,再以0.1C恒流充电至3.9V)、容量、整形工序后得到锂离子电池。
实施例1-12
除了按照以下步骤制备第一隔膜以及在<锂离子电池的制备>中使第一隔膜仅涂覆第一粘结层的一面靠近负极极片以外,其余与实施例1-1相同。
<第一隔膜的制备>
采用厚度H1为12μm的无纺布膜作为第一基膜,无纺布膜的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯,第一基膜的孔隙率P1为55%。(厂商:杜邦,牌号:FR543)。
将第一粘结剂聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP,Mw=8.5×106)和第一增稠剂羧甲基纤维素钠(Mw=8×105)按照质量比98.5:1.5混合,加入去离子水作为溶剂,搅拌均匀后形成固含量为75wt%的第一粘结层浆料。
将第一陶瓷粒子氧化铝(Al2O3)、第三粘结剂丁苯橡胶(Mw=7×106)、溶剂去离子水按照质量比35:10:55混合,得到第一陶瓷涂层浆料。
在第一基膜的一个表面上涂覆第一粘结层浆料,60℃下烘干后,在第一基膜的一个表面上形成第一粘结层;在第一基膜的另一个表面上先涂覆第一陶瓷涂层浆料,60℃下烘干后,在第一基膜的另一个表面上形成第一陶瓷涂层;然后在第一陶瓷涂层远离第一基膜的表面上涂覆第一粘结层浆料,烘干后,在第一陶瓷涂层远离第一基膜的表面上形成另一层第一粘结层,即制得第一隔膜。其中,第一粘结剂的平均粒径D1为8μm,第一粘结层的涂布重量CW1为0.001mg/mm2;第一陶瓷涂层的涂布重量为0.09mg/mm2。
实施例1-13
除了按照以下步骤制备第二隔膜以及在<锂离子电池的制备>中使第二隔膜仅涂覆第二粘结层的一面靠近负极极片以外,其余与实施例1-1相同。
<第二隔膜的制备>
采用厚度H2为7μm的微孔膜作为第二基膜,微孔膜的材料为聚丙烯与聚乙烯,其中,聚丙烯与聚乙烯质量比为1:1,第二基膜的孔隙率P2为18%。(厂商:Celgard,牌号:2325)。
将第二粘结剂聚酰亚胺(PI,Mw=6×105)和第二增稠剂羧甲基纤维素钠(Mw=8×105)按照质量比98.5:1.5混合,加入去离子水作为溶剂,搅拌均匀后形成固含量为75wt%的第二粘结层浆料;
将第二陶瓷粒子氧化铝(Al2O3)、第四粘结剂丁苯橡胶(Mw=7×106)、溶剂去离子水按照质量比35:10:55混合,得到第二陶瓷涂层浆料。
在第二基膜的一个表面上涂覆第二粘结层浆料,60℃下烘干后,在第二基膜的一个表面上形成第二粘结层;在第二基膜的另一个表面上先涂覆第二陶瓷涂层浆料,60℃下烘干后,在第二基膜的另一个表面上形成第二陶瓷涂层;然后在第二陶瓷涂层远离第二基膜的表面上涂覆第二粘结层浆料,烘干后,在第二陶瓷涂层远离第二基膜的表面上形成另一层第二粘结层,即制得第二隔膜。其中,第二粘结剂的平均粒径D2为15μm,第二粘结层的涂布重量CW2为0.0005mg/mm2;第二陶瓷涂层的涂布重量为0.09mg/mm2。
实施例1-14
除了采用实施例1-12中的第一隔膜、实施例1-13中的第二隔膜以及按照以下步骤制备锂离子电池以外,其余与实施例1-1相同。
<锂离子电池的制备>
将制备好的正极极片、第一隔膜、负极极片、第二隔膜按顺序依次叠好,然后卷绕得到电极组件。正极极耳以铝极耳点焊引出、负极极耳以镍极耳点焊引出。其中,第一隔膜仅涂覆第一粘结层的一面靠近负极极片,第二隔膜仅涂覆第二粘结层的一面靠近负极极片,第一负极材料层靠近第一隔膜、第二负极材料层靠近第二隔膜。将电极组件装入铝塑膜中,于80℃真空烘箱中干燥12h脱去水分后,注入上述配置好的电解液,经真空封装、静置、化成(0.02C恒流充电至3.5V,再以0.1C恒流充电至3.9V)、容量、整形工序后得到锂离子电池。
实施例2-1至实施例2-4
除了按照表2调整相关制备参数以外,其余与实施例1-1相同。
实施例2-5至实施例2-8
除了通过调整第一粘结层浆料的涂覆量从而使第一粘结层的涂布重量如表2所示,以及通过调整第二粘结层浆料的涂覆量从而使第二粘结层的涂布重量如表2所示以外,其余与实施例1-1相同。
实施例3-1至实施例3-8
除了按照表3调整相关制备参数以外,其余与实施例1-1相同。
对比例1至对比例6
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3所示。
表1
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注:表1中,“/”表示无相关制备参数。
从实施例1-1至实施例1-14、对比例1至对比例6可以看出,二次电池的电极组件为卷绕结构,搭配使用第一隔膜和第二隔膜,并设置第一基膜为无纺布膜,第二基膜为微孔膜,调控第一粘结剂和第二粘结剂的种类在本申请范围内,第一隔膜与正极极片、第二隔膜与负极极片的粘结力较高,锂离子电池循环1000圈的容量保持率较高,130℃以及132℃下热箱测试通过率较高,锂离子电池的厚度较小,说明本申请的锂离子电池中,隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力较高,同时锂离子电池具有较好的循环性能以及高温热箱性能,以及具有较高的能量密度。对比例1与实施例1-1相比,第一基膜采用微孔膜,微孔膜的厚度相对较小,锂离子电池的厚度较小,但是微孔膜的孔隙率较低,储存的电解液较少,不利于锂离子电池的循环性能,且微孔膜的机械强度相对较小、在高温下收缩较大,因此对比例1的高温热箱性能也较差。对比例2与实施例1-1相比,第二基膜采用无纺布膜,无纺布膜的厚度相对较大,因此锂离子电池的厚度更厚,锂离子电池的能量密度更低;同时锂离子的传输路径更长,锂离子电池的循环性能更差。对比例3与实施例1-1相比,由于PI在常温条件下溶胀小,粘结力较低,因而第一隔膜对正极极片的粘结力较低;PI的离子电导率较低,锂离子电池的循环性能较差。对比例4与实施例1-1相比,PVDF-HFP熔点较低,高温下的热稳定性较差,锂离子电池的高温热箱性能较差。对比例5与实施例1-1相比,锂离子电池的厚度更厚,锂离子电池的能量密度更低;同时锂离子的传输路径更长,锂离子电池的循环性能更差。对比例6与实施例1-1相比,微孔膜的厚度相对较小,锂离子电池的厚度较小,但是微孔膜孔隙率较低、PI的离子电导率也较低,第一隔膜使用微孔膜和PI搭配不能有效改善锂离子电池的循环性能,同时由于微孔膜的机械强度相对较小、在高温下收缩较大,导致对比例6的高温热箱性能也较差。
电极组件的结构通常会影响锂离子电池的安全性能、高温热箱性能、循环性能以及能量密度。从实施例1-1、实施例1-11可以看出,当电极组件的结构在本申请范围内时,锂离子电池循环1000圈的容量保持率较高,说明本申请的锂离子电池具有较好的循环性能。
第一隔膜还包括第一陶瓷涂层,第一陶瓷涂层包括第一陶瓷粒子,第一陶瓷粒子的种类通常会影响锂离子电池的高温热箱性能。从实施例1-1、实施例1-12可以看出,当第一隔膜还包括第一陶瓷涂层,第一陶瓷涂层包括第一陶瓷粒子,第一陶瓷粒子的种类在本申请范围内时,锂离子电池的厚度更厚,锂离子电池循环1000圈的容量保持率较高,130℃以及132℃下热箱测试通过率较高,说明本申请的锂离子电池具有较好的高温热箱性能,还具有较好的循环性能,并且,第一隔膜与正极极片、第二隔膜与负极极片的粘结力较高。
第二隔膜还包括第二陶瓷涂层,第二陶瓷涂层包括第二陶瓷粒子,第二陶瓷粒子的种类通常会影响锂离子电池的高温热箱性能。从实施例1-1、实施例1-13可以看出,当第二隔膜还包括第二陶瓷涂层,第二陶瓷涂层包括第二陶瓷粒子,第二陶瓷粒子的种类在本申请范围内时,锂离子电池的厚度更厚,锂离子电池循环1000圈的容量保持率较高,130℃以及132℃下热箱测试通过率较高,说明本申请的锂离子电池具有较好的高温热箱性能,还具有较好的循环性能,并且,第一隔膜与正极极片、第二隔膜与负极极片的粘结力较高。
第一隔膜还包括第一陶瓷涂层,第一陶瓷涂层包括第一陶瓷粒子,第一陶瓷粒子的种类,以及第二隔膜还包括第二陶瓷涂层,第二陶瓷涂层包括第二陶瓷粒子,第二陶瓷粒子的种类通常会影响锂离子电池的高温热箱性能。从实施例1-1、实施例1-14可以看出,当第一隔膜还包括第一陶瓷涂层,第一陶瓷涂层包括第一陶瓷粒子,第一陶瓷粒子的种类,以及第二隔膜还包括第二陶瓷涂层,第二陶瓷涂层包括第二陶瓷粒子,第二陶瓷粒子的种类在本申请范围内时,锂离子电池的厚度更厚,锂离子电池循环1000圈的容量保持率较高,130℃以及132℃下热箱测试通过率较高,说明本申请的锂离子电池具有较好的高温热箱性能,还具有较好的循环性能,并且,第一隔膜与正极极片、第二隔膜与负极极片的粘结力较高。
表2
第一粘结剂的平均粒径D1、第二粘结剂的平均粒径D2通常会影响隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力,还会影响锂离子电池的循环性能和高温热箱性能。从实施例1-1、实施例2-1至实施例2-4可以看出,第一粘结剂的平均粒径增大,第一粘结剂与正极活性物质颗粒的接触面积减小,第一隔膜对正极极片的粘结力减小;第二粘结剂的平均粒径增大,第二粘结剂与负极活性物质颗粒的接触面积减小,第二隔膜对负极极片的粘结力减小。当第一粘结剂的平均粒径D1、第二粘结剂的平均粒径D2在本申请范围内时,锂离子电池循环1000圈的容量保持率较高,130℃以及132℃下热箱测试通过率较高,锂离子电池的厚度较小,说明本申请的锂离子电池具有较好的循环性能以及高温热箱性能,并且还具有较高的能量密度。
第一粘结层的涂布重量CW1、第二粘结层的涂布重量CW2通常会影响隔膜与正极极片、隔膜与负极极片的粘结力,会影响锂离子电池的循环性能。从实施例1-1、实施例2-5至实施例2-8可以看出,第一粘结层的涂布重量增大,单位面积内第一粘结剂的含量增大,第一隔膜对正极极片的粘结力增大;第二粘结层的涂布重量增大,单位面积内第二粘结剂的含量增大,第二隔膜对正极极片的粘结力增大。当第一粘结层的涂布重量CW1、第二粘结层的涂布重量CW2在本申请范围内时,锂离子电池循环1000圈的容量保持率较高,130℃以及132℃下热箱测试通过率较高,锂离子电池的厚度较小,说明本申请的锂离子电池具有较好的循环性能,并且还具有较好的高温热箱性能和较高的能量密度。
表3
第一基膜的厚度H1、第二基膜的厚度H2通常会影响锂离子电池的高温热箱性能、循环性能以及能量密度。从实施例1-1、实施例3-1至实施例3-4可以看出,当第一基膜的厚度H1、第二基膜的厚度H2在本申请范围内时,第一隔膜与正极极片、第二隔膜与负极极片的粘结力较高,锂离子电池循环1000圈的容量保持率较高,130℃以及132℃下热箱测试通过率较高,说明本申请的锂离子电池具有较好的高温热箱性能、循环性能,并且,第一隔膜与正极极片、第二隔膜与负极极片的粘结力较高。实施例3-3的第一基膜的厚度、第二基膜的厚度相对较小,其中存储的锂离子相对较少,锂离子电池的循环性能相对较差;并且基膜的厚度较小会导致基膜的机械强度较低、在高温下易收缩,导致锂离子电池的高温热箱性能也较差。实施例3-4的第一基膜的厚度、第二基膜的厚度相对较大,锂离子电池的厚度较大,锂离子电池的能量密度较低。
第一基膜的孔隙率P1、第二基膜的孔隙率P2通常会影响锂离子电池的高温热箱性能和循环性能。从实施例1-1、实施例3-5至实施例3-8可以看出,当第一基膜的孔隙率P1、第二基膜的孔隙率P2在本申请范围内时,锂离子电池循环1000圈的容量保持率较高,130℃以及132℃下热箱测试通过率较高,锂离子电池的厚度较小,说明本申请的锂离子电池具有较好的高温热箱性能和循环性能,还具有较高的能量密度。实施例3-7中,第一基膜的孔隙率和第二基膜的孔隙率相对较小,第一隔膜和第二隔膜中储存的电解液相对较少,不利于锂离子的传输,锂离子电池的循环性能较差。实施例3-8中,第一基膜的孔隙率和第二基膜的孔隙率相对较大,第一隔膜和第二隔膜中储存的电解液相对较多,有利于锂离子的传输,锂离子电池的循环性能较好,但是孔隙率过大会导致隔膜的机械强度较差,在高温下收缩较大,锂离子电池的高温热箱性能较差。
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、方法或物品不仅包括那些要素,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、方法或物品所固有的要素。
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,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种二次电池,其包括电极组件,所述电极组件为卷绕结构,所述电极组件包括正极极片、负极极片、第一隔膜和第二隔膜,所述负极极片位于所述第一隔膜和所述第二隔膜之间,所述第一隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间,所述第一隔膜包括第一基膜和第一粘结层,所述第二隔膜包括第二基膜和第二粘结层,所述第一粘结层包括第一粘结剂,所述第二粘结层包括第二粘结剂;
所述第一基膜为无纺布膜,所述第一基膜的材料包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚酯、纤维素、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯酰胺、聚芳醚砜酮、芳纶或芳砜纶中的至少一种;
所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种;
所述第二基膜为微孔膜,所述第二基膜的材料包括聚烯烃,所述聚烯烃的聚合单体包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、环丁烯、环戊烯或环己烯中的至少一种;
所述第二粘结剂包括聚酰亚胺、聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述第一基膜的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯,所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物;
所述第二基膜的材料包括聚烯烃,所述聚烯烃的聚合单体包括乙烯或丙烯中的至少一种,所述第二粘结剂包括聚酰亚胺。
3.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述负极极片包括负极集流体和位于负极集流体两侧的第一负极材料层和第二负极材料层,沿所述电极组件的卷绕方向,所述第一负极材料层的长度大于所述第二负极材料层的长度,所述第一隔膜位于负极极片的所述第一负极材料层一侧,所述第二隔膜位于所述负极极片的所述第二负极材料层一侧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池,其中,所述第一粘结剂的平均粒径为4μm至15μm,所述第二粘结剂的平均粒径为10μm至20μm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池,其中,所述第一粘结层的涂布重量为0.0004mg/mm2至0.002mg/mm2,所述第二粘结层的涂布重量为0.0004mg/mm2至0.002mg/mm2。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池,其中,所述第一基膜的厚度为10μm至15μm,所述第二基膜的厚度为3μm至9μm。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池,其中,所述第一基膜的孔隙率为40%至70%,所述第二基膜的孔隙率为5%至50%。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池,其中,所述第一隔膜还包括位于所述第一基膜和所述第一粘结层之间的第一陶瓷涂层,和/或,所述第二隔膜还包括位于所述第二基膜和所述第二粘结层之间的第二陶瓷涂层,所述第一陶瓷涂层包括第一陶瓷粒子,所述第二陶瓷涂层包括第二陶瓷粒子,所述第一陶瓷粒子和所述第二陶瓷粒子各自独立地选自氧化铝、勃姆石、氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锡、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、氢氧化铝、氢氧化镁或氢氧化钙中的至少一种。
9.一种电子装置,其包括权利要求1至8中任一项所述的二次电池。
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