CN118117259A - 一种隔离膜、含有它的二次电池及其相关的电池模块、电池包和装置 - Google Patents

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Abstract

一种隔离膜以及包括所述隔离膜的二次电池，包括所述二次电池的装置以及所述隔离膜的制备方法，所述隔离膜包括基材(A)和形成在所述基材(A)至少一个表面上的涂层(B)；所述涂层(B)包括无机颗粒(B2)和第一种有机颗粒(B1)，所述第一种有机颗粒(B1)嵌于所述无机颗粒(B2)中且在所述涂层(B)表面形成凸起；所述第一种有机颗粒(B1)为一次颗粒形貌，且所述第一种有机颗粒(B1)的数均粒径≥2μm。

Description

一种隔离膜、含有它的二次电池及其相关的电池模块、电池包 和装置
分案申请的相关信息
本申请是国际申请号为PCT/CN2020/132951、申请日为2020年11月30日的PCT申请进入中国国家阶段后申请号为202080083061.2、发明名称为“一种隔离膜、含有它的二次电池及其相关的电池模块、电池包和装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本申请属于二次电池技术领域，具体涉及一种隔离膜、含有它的二次电池及其相关的电池模块、电池包和装置。
背景技术
二次电池因具有重量轻、无污染、无记忆效应等突出特点，被广泛应用于各类消费类电子产品和电动车辆中。
随着新能源行业的不断发展，客户对二次电池提出了更高的使用需求。例如，二次电池的能量密度设计越来越高，然而，电池能量密度的提升往往不利于平衡动力学性能、电化学性能或安全性能等。
因此，如何使电池同时兼顾循环性能和安全性能是电池设计领域的关键挑战所在。
发明内容
鉴于背景技术中存在的技术问题，本申请提供一种隔离膜，旨在使含有其的二次电池具有较好的循环性能和安全性能。
为了实现上述目的，本申请的第一方面提供一种隔离膜，其包括：基材和形成在所述基材至少一个表面上的涂层。所述涂层包括无机颗粒和第一种有机颗粒。所述第一种有机颗粒嵌于所述无机颗粒中且在所述涂层表面形成凸起。所述第一种有机颗粒为一次颗粒形貌，且所述第一种有机颗粒的数均粒径≥2μm。
相对于现有技术，本申请至少包括如下所述的有益效果：
本申请的隔离膜在同一涂层中包含无机颗粒和第一种有机颗粒，大大减小了隔离膜的整体厚度，从而提高了电池的能量密度；且针对第一种有机颗粒的形貌和数均粒径做了特殊设计，使得无机颗粒和有机颗粒之间形成充足且不均匀分布的空隙，既能够保证隔离膜具有的良好透气性，还可以增强隔离膜与极片之间的粘接性，从而可以使二次电池具有较好的循环性能和安全性能。本申请的装置包括本申请提供的二次电池，因而至少具有与所述二次电池相同的优势。
在本申请任意实施方式中，所述第一种有机颗粒的数均粒径为2μm-10μm；可选地，所述第一种有机颗粒的数均粒径为3μm-8μm。当第一种有机颗粒的数均粒径在所给范围内时，能够进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在本申请任意实施方式中，所述第一种有机颗粒包括丙烯酸酯类单体单元的均聚物或共聚物，丙烯酸类单体单元的均聚物或共聚物，苯乙烯类单体单元的均聚物或共聚物，聚氨酯类化合物，橡胶类化合物，以及上述各均聚物或共聚物的改性化合物中的一种或几种；
在本申请任意实施方式中，所述第一种有机颗粒包括丙烯酸酯类单体单元-苯乙烯类单体单元的共聚物，丙烯酸类单体单元-苯乙烯类单体单元的共聚物，丙烯酸类单体单元-丙烯酸酯类单体单元-苯乙烯类单体单元的共聚物，苯乙烯类单体单元-不饱和腈类单体单元的共聚物，苯乙烯类单体单元-烯烃基单体单元-不饱和腈类单体单元的共聚物，以及上述共聚物的改性化合物中的一种或几种。
在本申请任意实施方式中，所述第一种有机颗粒包括丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸异辛酯共聚物、甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸-苯乙烯共聚物、丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-醋酸乙烯酯-吡咯烷酮共聚物，以及上述共聚物的改性化合物中的一种或几种。
在本申请任意实施方式中，所述第一种有机颗粒中的至少一部分包括核结构和壳结构。当第一种有机颗粒的至少一部分具有核结构和壳结构时，能够进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在本申请任意实施方式中，所述壳结构的玻璃化转变温度高于所述核结构的玻璃化转变温度。
在本申请任意实施方式中，所述核结构的玻璃化转变温度为-30℃-20℃，可选为-10℃-10℃。
在本申请任意实施方式中，所述壳结构的玻璃化转变温度为50℃-70℃，可选为55℃-65℃。
壳结构和核结构的玻璃化转变温度满足上述条件时，能够进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在本申请任意实施方式中，所述核结构和壳结构均包括丙烯酸酯类单体单元的共聚物。
在本申请任意实施方式中，所述第一种有机颗粒中的核结构和壳结构均包括丙烯酸酯类单体单元-苯乙烯基单体单元的共聚物。
当第二种有机颗粒中的核结构和壳结构均包括上述共聚物时，能够进一步改善电池的循环性能。
在本申请任意实施方式中，所述第一种有机颗粒在涂层中的质量占比≥10％；可选为10％-30％。当第一种有机颗粒的含量在所给范围内时，能够进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在本申请任意实施方式中，所述涂层中还可以包括第二种有机颗粒，所述第二种有机颗粒嵌于所述无机颗粒中且在所述涂层表面形成凸起，且所述第二种有机颗粒为二次颗粒形貌。当涂层中包含所述形式的第二种有机颗粒时，能够进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在本申请任意实施方式中，所述第二种有机颗粒的数均粒径≥12μm；可选地，所述第二种有机颗粒的数均粒径为15μm-25μm。当第二种有机颗粒的数均粒径在所给范围内时，能够进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在本申请任意实施方式中，所述第二种有机颗粒在所述涂层中的质量占比小于等于所述第一种有机颗粒在所述涂层中的质量占比；可选地，所述第二种有机颗粒在所述涂层中的质量占比为1％-10％，进一步可选为2％-8％。当第二种有机颗粒与第一种有机颗粒的质量占比满足所述条件时，能够进一步改善电池的循环性能。
在本申请任意实施方式中，所述第二种有机颗粒包括含氟烯基单体单元的均聚物或共聚物，烯烃基单体单元的均聚物或共聚物，不饱和腈类单体单元的均聚物或共聚物，环氧烷类单体单元的均聚物或共聚物，以及上述各均聚物或共聚物的改性化合物中的一种或几种；
在本申请任意实施方式中，第二种有机颗粒包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、不同的含氟烯基单体单元的共聚物、含氟烯基单体单元与乙烯基单体单元的共聚物、含氟烯基单体单元与丙烯酸类单体单元的共聚物、含氟烯基单体单元与丙烯酸酯类单体单元的共聚物，以及上述各均聚物或共聚物的改性化合物中的一种或几种。
在本申请任意实施方式中，所述第二种有机颗粒包括偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-丙烯酸共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-丙烯酸酯共聚物，以及上述共聚物的改性化合物中的一种或几种。
在本申请任意实施方式中，所述无机颗粒可以包括勃姆石(γ-AlOOH)、氧化铝(Al2O3)、硫酸钡(BaSO4)、氧化镁(MgO)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、二氧化硅(SiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化钛(TiO2)、氧化钙(CaO)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、氧化镍(NiO)、氧化铈(CeO2)、钛酸锆(SrTiO3)、钛酸钡(BaTiO3)、氟化镁(MgF2)中的一种或几种。
在本申请任意实施方式中，所述无机颗粒的粒径≤2.5μm；可选地，所述无机颗粒的粒径为0.5μm-2.5μm。当无机颗粒的粒径在所给范围内时，能够进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在本申请任意实施方式中，单位面积的隔离膜上的单面涂层重量≤3.0g/m2；可选地，单位面积的隔离膜上的单面涂层重量为1.5g/m2-2.5g/m2。当涂层重量满足所述范围时，能够进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在本申请任意实施方式中，所述隔离膜的透气度可以为100s/100mL-300s/100mL；可选地，所述隔离膜的透气度可以为150s/100mL-250s/100mL。
在本申请任意实施方式中，所述隔离膜的横向拉伸强度(MD)可以为1000kg/cm2-3500 kg/cm2；可选地，所述隔离膜的横向拉伸强度可以为1200kg/cm2-3000kg/cm2。
在本申请任意实施方式中，所述隔离膜的纵向拉伸强度(TD)可以为1000kg/cm2-3000 kg/cm2；可选地，所述隔离膜的纵向拉伸强度可以为1000kg/cm2-2800kg/cm2。
在本申请任意实施方式中，所述隔离膜的横向断裂伸长率可以为50％-200％；可选地，所述隔离膜的横向断裂伸长率可以为80％-150％。
在本申请任意实施方式中，所述隔离膜的纵向断裂伸长率可以为50％-200％；可选地，所述隔离膜的纵向断裂伸长率可以为80％-150％。
在本申请任意实施方式中，所述无机颗粒和所述有机颗粒在涂层中形成不均匀的孔道结构。
在本申请任意实施方式中，任意相邻的两个无机颗粒之间的间距记为L1，任意相邻的一个无机颗粒和一个有机颗粒之间的间距记为L2，则L1＜L2。
本申请的第二方面提供一种制备隔离膜的方法，包括如下步骤：
(1)提供基材；(2)提供涂层浆料，所述涂层浆料包括组分材料和溶剂，所述组分材料包括无机颗粒和有机颗粒，所述有机颗粒包括第一种有机颗粒；
(3)将步骤(2)所述的涂层浆料涂布在步骤(1)所述的基材的至少一侧，形成涂层并干燥，得到所述隔离膜；其中，所述隔离膜包括：基材；和形成在所述基材至少一个表面上的涂层；所述涂层包括无机颗粒和第一种有机颗粒，所述第一种有机颗粒嵌于所述无机颗粒中且在所述涂层表面形成凸起；所述第一种有机颗粒为一次颗粒形貌，且所述第一种有机颗粒的数均粒径≥2μm。
在本申请任意实施方式中，在步骤(2)中，所述第一种有机颗粒的加入质量占所述组分材料的干重总和的10％以上；可选为10％-30％。
在本申请任意实施方式中，在步骤(2)中，所述有机颗粒还包括第二种有机颗粒，所述第二种有机颗粒为二次颗粒形貌。
在本申请任意实施方式中，在步骤(2)中，所述第二种有机颗粒的加入质量小于等于所述第一种有机颗粒的加入质量。
在本申请任意实施方式中，在步骤(2)中，所述第二种有机颗粒的加入质量占所述组分材料的干重总和的1％-10％，进一步可选为2％-8％。
在本申请任意实施方式中，在步骤(2)中，所述涂层浆料的固含量为28％-45％，可选为30％-38％，基于涂层浆料的重量计。
在本申请任意实施方式中，在步骤(3)中，所述涂布采用涂布机，所述涂布机包括凹版辊，所述凹版辊的线数为100LPI-300LPI，可选为125LPI-190LPI。
在本申请任意实施方式中，在步骤(3)中，所述涂布的速度为30m/min-90m/min，可选为50m/min-70m/min。
在本申请任意实施方式中，在步骤(3)中，所述涂布的线速比为0.8-2.5，可选为0.8-1.5。
在本申请任意实施方式中，在步骤(3)中，所述干燥的温度为40℃-70℃，可选为50℃-60℃。
在本申请任意实施方式中，在步骤(3)中，所述干燥的时间为10s-120s，可选为20s-80s。本申请的第三方面提供一种二次电池，其包括根据本申请第一方面的隔离膜或包括根据本申请第二方面的方法制备的隔离膜。
本申请的第四方面提供一种电池模块，其包括根据本申请第三方面的二次电池。
本申请的第五方面提供一种电池包，其包括根据本申请第四方面的电池模块。
本申请的第六方面提供一种装置，其包括根据本申请第三方面的二次电池、根据本申请第四方面的电池模块、或根据本申请第五方面的电池包中的至少一种。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请中所使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1-1是本申请隔离膜的一实施方式的涂层结构示意图。
图1-2是本申请隔离膜的另一实施方式的涂层结构示意图。
图2-1是本申请隔离膜的一实施方式的离子抛光断面形貌(CP)图片。
图2-2是本申请隔离膜的另一实施方式的离子抛光断面形貌(CP)图片。
图3-1是本申请隔离膜的一实施方式的扫描电子显微镜(SEM)图片。
图3-2是本申请隔离膜的另一实施方式的扫描电子显微镜(SEM)图片。
图4-1是本申请隔离膜的一实施方式的结构示意图。
图4-2是本申请隔离膜的另一实施方式的结构示意图。
图5是二次电池的一实施方式的示意图。
图6是图5的分解图。
图7是电池模块的一实施方式的示意图。
图8是电池包的一实施方式的示意图。
图9是图8的分解图。
图10是二次电池用作电源的装置的一实施方式的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本申请。应理解，这些具体实施方式仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
为了简明，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。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包括本数，“一种或几种”中“几种”的含义是两种及两种以上。
在本文的描述中，除非另有说明，术语“或(or)”是包括性的。也就是说，短语“A或(or)B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量(例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试)。
二次电池
二次电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性材料激活而继续使用的电池。
通常情况下，二次电池包括正极极片、负极极片、隔离膜及电解质。在电池充放电过程中，活性离子在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，起到隔离的作用。电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。
[隔离膜]
本申请提供的隔离膜包括：基材和形成在所述基材至少一个表面上的涂层。所述涂层包括无机颗粒和有机颗粒。所述有机颗粒包括第一种有机颗粒。所述第一种有机颗粒嵌于所述无机颗粒中且在所述涂层表面形成凸起。所述第一种有机颗粒为一次颗粒形貌，且所述第一种有机颗粒的数均粒径≥2μm。
需要说明的是，一次颗粒具有本领域公知的含义。一次颗粒是指没有形成团聚状态的颗粒。
所述有机颗粒的数均粒径是指在隔离膜涂层中，按有机颗粒数量统计的有机颗粒的粒径平均值。所述有机颗粒的粒径是指有机颗粒上相隔最远的两点间的距离。
如图1-1所示，所述隔离膜包括基材(A)和涂层(B)，所述涂层(B)中包括第一种有机颗粒(B1)和无机颗粒(B2)，第一种有机颗粒(B1)为一次颗粒，且第一种有机颗粒嵌于所述无机颗粒(B2)中且在所述涂层(B)表面形成凸起。
不希望限于任何理论，本申请的隔离膜在同一涂层中包含无机颗粒和第一种有机颗粒，与具有无机颗粒层和有机颗粒层两个涂层的隔离膜相比，大大减小了隔离膜的整体厚度；且对第一种有机颗粒做了特殊设计，在二者的相互配合下，电池还可以同时兼顾较好的循环性能和安全性能。同时，因一次颗粒形貌的第一种有机颗粒比重相对较小，在隔离膜制备过程中可以使第一种有机颗粒更易浮于涂层表面，当隔离膜用到电池中后，第一种有机颗粒有效提高了隔离膜与电极极片之间的粘结力，使得电极极片在电池充放电过程中不容易打皱，从而改善电池的循环性能；另一方面，当电池在正常工作环境(例如60℃以下)时，本申请特定设计的第一种有机颗粒在电解液中的溶胀率较低，可以有效降低形成致密且面积较大的胶膜结构的概率，保证了隔离膜具有适度的不均匀的孔道结构，便于离子的传输，从而进一步改善电池的循环性能；尤其是，当电池处于高温工作环境中(例如100℃以上)时，特定设计的第一种有机颗粒在高温下会形成较大面积的胶膜结构，快速减少离子扩散通道，延缓电池的热蔓延时间，从而有效改善电池的安全性能。
本发明人经深入研究发现，当本申请的隔离膜在满足上述设计条件的基础上，若还可选地满足下述条件中的一个或几个时，可以进一步改善二次电池的性能。
在一些实施方式中，所述第一种有机颗粒的数均粒径为2μm-12μm；例如，所述第一种有机颗粒的数均粒径可以为2μm-10μm，2.5μm-10μm，2.8μm-10μm，3μm-8μm，2.5μm-6μm，4μm-8μm等。当第一种有机颗粒的数均粒径在所给范围内时，其在电解液中具有合适的溶胀率，在电池正常工作时，可以确保离子传输通道的通畅；同时，合适的粒径范围还可以避免隔离膜与电极极片之间过牢固粘接而导致电解液浸润不良，从而进一步改善电池的循环性能。
在一些实施方式中，所述第一种有机颗粒可以包括丙烯酸酯类单体单元的均聚物或共聚物，丙烯酸类单体单元的均聚物或共聚物，苯乙烯类单体单元的均聚物或共聚物，聚氨酯类化合物，橡胶类化合物，以及上述各均聚物或共聚物的改性化合物中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述第一种有机颗粒可以包括丙烯酸酯类单体单元与苯乙烯类单体单元的共聚物，丙烯酸类单体单元与苯乙烯类单体单元的共聚物，丙烯酸类单体单元-丙烯酸酯类单体单元-苯乙烯类单体单元的共聚物，苯乙烯类单体单元与不饱和腈类单体单元的共聚物，苯乙烯类单体单元-烯烃基单体单元-不饱和腈类单体单元的共聚物，以及上述各材料的改性化合物中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述丙烯酸酯类单体单元可以选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯等中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述丙烯酸类单体单元可以选自丙烯酸、甲基丙烯酸等中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述苯乙烯类单体单元可选自苯乙烯、甲基苯乙烯等中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述不饱和腈类单体单元可选自丙烯腈、甲基丙烯腈等中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述第一种有机颗粒可以包括丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸异辛酯共聚物、甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸-苯乙烯共聚物、丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-醋酸乙烯酯-吡咯烷酮共聚物，以及上述各材料的改性化合物中的一种或几种。
在本申请中，所述各均聚物或共聚物的改性化合物是指将各均聚物或共聚物中的单体单元与含有特定官能团的单体单元共聚所得的改性化合物。例如，可以将含氟烯基单体单元与含羧基官能团的化合物共聚得到其改性化合物等。
在一些实施方式中，所述第一种有机颗粒中的至少一部分包括核结构和壳结构。
在一些实施方式中，所述核结构和壳结构包括相同的单体单元共聚物。可以通过调整各单体单元的共聚比例或聚合工艺来调整核结构和壳结构材料的玻璃化转变温度。
在一些实施方式中，所述壳结构的玻璃化转变温度高于所述核结构的玻璃化转变温度。由于壳结构具有较高的玻璃化转变温度，因此能够有效降低在隔离膜生产过程中有机颗粒之间发生融合形成连续胶膜的概率，从而改善隔离膜的离子传输通道；并且能够在电解液中保持较好的粘接极片的能力，使电极极片与隔离膜贴合更好，因此有助于进一步改善电池的循环性能。
在一些实施方式中，所述核结构的玻璃化转变温度可以为-30℃-20℃，例如可以为-10℃-10℃。
在一些实施方式中，所述壳结构的玻璃化转变温度可以为50℃-70℃，例如可以为55℃-65℃。
在一些实施方式中，核结构和壳结构中均包括丙烯酸酯类单体单元的共聚物，例如，所述核结构和壳结构均包括丙烯酸酯类单体单元-苯乙烯基单体单元的共聚物，可有助于降低第一种有机颗粒在常温工作过程中在电解液中的溶胀率，进一步降低形成大面积胶膜结构的概率，从而进一步改善电池的循环性能。
在一些实施方式中，所述第一种有机颗粒在所述涂层中的质量占比≥10％(基于所述涂层总质量计)；例如，所述第一种有机颗粒在所述涂层中的质量占比可以为10％-30％，15％-30％，10％-25％，10％-20％。当第一种有机颗粒的质量占比控制在所给范围内时，有助于使隔离膜涂层在保证粘结性的前提下，具有较好的孔道结构，从而进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在一些实施方式中，所述无机颗粒可以包括勃姆石(γ-AlOOH)、氧化铝(Al2O3)、硫酸钡(BaSO4)、氧化镁(MgO)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、二氧化硅(SiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化钛(TiO2)、氧化钙(CaO)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、氧化镍(NiO)、氧化铈(CeO2)、钛酸锆(SrTiO3)、钛酸钡(BaTiO3)、氟化镁(MgF2)中的一种或几种；例如，所述无机颗粒可以包括勃姆石(γ-AlOOH)、氧化铝(Al2O3)中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述无机颗粒的体积平均粒径Dv50≤2.5μm；例如，所述无机颗粒的体积平均粒径可以为0.5μm-2.5μm，1.5μm-2.5μm，0.3μm-0.7μm等。当无机颗粒的粒径控制在所给范围内时，有助于提高电解液在隔离膜中的浸润性，从而进一步改善电池的循环性能。
在一些实施方式中，所述无机颗粒在所述涂层中的质量占比≤90％，基于所述涂层总质量计；例如，所述无机颗粒在所述涂层中的质量占比可以为70％-90％，75％-85％等。当无机颗粒的质量占比控制在所给范围内时，可以确保隔离膜安全性能的前提下，进一步提高电池的能量密度。
在一些实施方式中，所述涂层中还可以包括第二种有机颗粒，所述第二种有机颗粒嵌于所述无机颗粒中且在所述涂层表面形成凸起，且所述第二种有机颗粒为二次颗粒。当隔离膜涂层中包括一定含量二次颗粒形貌的第二种有机颗粒时，有助于形成均匀的涂层界面，当将隔离膜用到电池后，可以有效改善电池制备过程中的极耳错位问题，从而进一步改善电池的安全性能。
需要说明的是，二次颗粒具有本领域公知的含义。二次颗粒是指由两个或两个以上一次颗粒聚集而成的团聚态的颗粒。
如图1-2所示，所述隔离膜包括基材(A)和涂层(B)，所述涂层(B)中包括第一种有机颗粒(B1)、无机颗粒(B2)和第二种有机颗粒(B3)，第一种有机颗粒(B1)为一次颗粒，第二种有机颗粒(B3)为二次颗粒，第一种有机颗粒和第二种有机颗粒均嵌于所述无机颗粒(B2)中且在所述涂层(B)表面形成凸起。
在一些实施方式中，所述第二种有机颗粒的数均粒径为≥2μm，例如12μm-25μm；例如，所述第二种有机颗粒的数均粒径可以为15μm-25μm，12μm-23μm，13μm-22μm，15μm-20μm，12μm-18μm等。当第二种有机颗粒的数均粒径在所给范围内时，能够使有机颗粒间存在充足的空隙，即使有机颗粒在电解液中发生溶胀，也能够形成充足的离子传输通道，从而进一步改善电池的循环性能。
在一些实施方式中，所述第二种有机颗粒可以包括含氟烯基单体单元的均聚物或共聚物，烯烃基单体单元的均聚物或共聚物，不饱和腈类单体单元的均聚物或共聚物，环氧烷类单体单元的均聚物或共聚物，以及上述各均聚物或共聚物的改性化合物中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述含氟烯基单体单元可选自偏二氟乙烯、氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述烯烃基单体单元可选自乙烯、丙烯、丁二烯、异戊二烯等中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述不饱和腈类单体单元可选自丙烯腈、甲基丙烯腈等中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述环氧烷类单体单元可选自环氧乙烷、环氧丙烷等中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述第二种有机颗粒可以包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、不同的含氟烯基单体单元的共聚物、含氟烯基单体单元与乙烯基单体单元的共聚物、含氟烯基单体单元与丙烯酸类单体单元的共聚物、含氟烯基单体单元与丙烯酸酯类单体单元的共聚物，以及上述各均聚物或共聚物的改性化合物中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述第二种有机颗粒可以包括偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-丙烯酸共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-丙烯酸酯共聚物，以及上述共聚物的改性化合物中的一种或几种。
在本申请实施例中，所述各均聚物或共聚物的改性化合物是指将各均聚物或共聚物中的单体与含有特定官能团的单体共聚所得的改性化合物。例如，可以将烯基含氟单体单元与含羧基官能团的化合物共聚得到其改性化合物等。
在一些实施方式中，第一种有机颗粒的数均分子量为1万-10万，例如2万-8万等。
在一些实施方式中，第二种有机颗粒的数均分子量为30万-80万，例如40万-65万等。
在一些实施方式中，所述第二种有机颗粒在所述涂层中的质量占比小于等于所述第一种有机颗粒在所述涂层中的质量占比。可选地，所述第二种有机颗粒在所述涂层中的质量占比可以为1％-10％，1.5％-7.5％，2％-8％，2％-5％，3％-7％。发明人研究发现，当涂层中第二种有机颗粒的质量占比在所给范围内时，可以进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在一些实施方式中，单位面积的隔离膜上单面的涂层重量≤3.0g/m2；例如，单位面积的隔离膜上单面的涂层重量可以为1.5g/m2-3.0g/m2，1.5g/m2-2.5g/m2，1.8g/m2-2.3g/m2等。将单位面积的隔离膜上单面的涂层重量控制在所给范围内，可以在确保电池循环性能和安全性能的前提下，进一步提高电池的能量密度。
根据一些实施例，所述涂层中还可以包括其他有机化合物，例如，可以包括改善耐热性的聚合物(简称为“耐热胶”)、分散剂、润湿剂、其他种类的粘结剂等。上述有机化合物在干燥后的涂层中均为非颗粒状的物质。本申请对上述其他有机化合物的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好改善性能的材料。
本申请对所述基材的材质没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的基材，例如玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的一种或几种。所述基材可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜。所述基材为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同，也可以不同。
在一些实施方式中，所述基材的厚度≤12μm；例如，所述基材的厚度可以为5μm-10μm，5μm-9μm，7μm-12μm等。所述基材的厚度控制在所给范围内时，可以在确保电池循环性能和安全性能的前提下，进一步提高电池能量密度。
在一些实施方式中，所述隔离膜的透气度可以为100s/100mL-300s/100mL；例如，所述隔离膜的透气度可以为150s/100mL-250s/100mL，170s/100mL-220s/100mL等。
在一些实施方式中，所述隔离膜的纵向拉伸强度可以为1000kgf/cm2-3500kgf/cm2；例如，所述隔离膜的纵向拉伸强度可以为1200kgf/cm2-2800kgf/cm2，1200kgf/cm2-2000kgf/cm2，1500kgf/cm2-3000kgf/cm2。
在一些实施方式中，所述隔离膜的纵向断裂伸长率可以为50％-200％；例如，所述隔离膜的纵向断裂伸长率可以为80％-150％等。
在一些实施方式中，所述隔离膜的横向拉伸强度可以为1000kgf/cm2-3500kgf/cm2；例如，所述隔离膜的横向拉伸强度可以为1200kgf/cm2-3000kgf/cm2，1200kgf/cm2-2000kgf/cm2，1500kgf/cm2-3000kgf/cm2。
在一些实施方式中，所述隔离膜的横向断裂伸长率可以为50％-200％；例如，所述隔离膜的横向断裂伸长率可以为80％-150％等。
在一些实施方式中，所述无机颗粒和所述有机颗粒在所述涂层中形成不均匀的孔道结构。
在一些实施方式中，任意相邻的两个无机颗粒之间的间距记为L1，任意相邻的一个无机颗粒和一个有机颗粒之间的间距记为L2，则L1＜L2。
根据一些实施例，有机颗粒的粒径和数均粒径可以采用本领域已知的设备和方法进行测试。例如，使用扫描电子显微镜(例如ZEISS Sigma 300)，例如参考JY/T010-1996，获取隔离膜的SEM图像。作为示例，可以按照如下方法测试：在隔离膜上任意选取一个长×宽＝50mm×100mm的测试样品，在测试样品中随机选取多个测试区域(例如5个)，并在一定放大倍率(例如测量第一种有机颗粒时为500倍，测量第二种有机颗粒时为1000倍)下，读取各测试区域中各有机颗粒的粒径(需要说明的是，当有机颗粒为不规则形状时，取有机颗粒上最远的两点间距离作为该有机颗粒的粒径)，即为本申请所述的有机颗粒的粒径。统计各测试区域中的有机颗粒的数量和粒径数值，取各测试区域中有机颗粒粒径的算术平均值，即为该测试样品中有机颗粒的数均粒径。为了确保测试结果的准确性，可以取多个测试样品(例如10个)进行上述测试，取各个测试样品的平均值作为最终的测试结果。
根据一些实施例，有机颗粒的形貌(例如：一次颗粒形貌或二次颗粒形貌)可以采用本领域已知的设备和方法进行测试。例如，可以采用扫描电子显微镜(例如ZEISS Sigma300)进行测试。作为示例，可以按照如下步骤操作：首先将隔离膜裁成一定尺寸的待测样品(例如6mm×6mm)，用两片导电导热的薄片(如铜箔)将待测样品夹住，将待测样品与薄片之间用胶(如双面胶)粘住固定，用一定质量(如400g左右)平整铁块压一定时间(如1h)，使待测样品与铜箔间缝隙越小越好，然后用剪刀将边缘剪齐，粘在具有导电胶的样品台上，样品略突出样品台边缘即可。然后将样品台装进样品架上锁好固定，打开氩离子截面抛光仪(例如IB-19500CP)电源并抽真空(例如10Pa-4Pa)，设置氩气流量(例如0.15MPa)和电压(例如8KV)以及抛光时间(例如2小时)，调整样品台为摇摆模式开始抛光，抛光结束后，使用扫描电子显微镜(例如ZEISS Sigma 300)得到测试样品的离子抛光断面形貌(CP)图片。
图2-1和图2-2是本申请实施例的隔离膜的离子抛光断面形貌(CP)图片。由图2-1可以看出，隔离膜的涂层中包括第一种有机颗粒，第一种有机颗粒是非团聚体的一次颗粒，且为实心球体截面。由图2-2可以看出，隔离膜的涂层中同时包括第一种有机颗粒和第二种有机颗粒，第二种有机颗粒是由多个一次颗粒组成的二次颗粒，且为不规则的非实心球体截面。
根据一些实施例，有机颗粒的物质种类可以采用本领域已知的设备和方法进行测试。例如，可以测试材料的红外光谱，确定其包含的特征峰，从而确定物质种类。具体地，可以用本领域公知的仪器及方法对有机颗粒进行红外光谱分析，例如红外光谱仪，如采用美国尼高力(nicolet)公司的IS10型傅里叶变换红外光谱仪，依据GB/T6040-2002红外光谱分析方法通则测试。
根据一些实施例，无机颗粒的体积平均粒径Dv50为本领域公知的含义，可采用本领域已知的仪器及方法进行测定。例如可以参照GB/T 19077-2016粒度分布激光衍射法，采用激光粒度分析仪(例如Master Size 3000)测定。
根据一些实施例，隔离膜的透气度、横向拉伸强度(MD)、纵向拉伸强度(TD)、横向断裂伸长率、纵向断裂伸长率均具有本领域公知的含义，可以采用本领域已知的方法进行测量。例如，均可参照标准GB/T 36363-2018进行测试。
根据一些实施例，任意相邻的两个无机颗粒之间的间距是指：在隔离膜的SEM图像中，在涂层中任取相邻的两个无机颗粒(当无机颗粒为不规则形状时，可以对该颗粒做外接圆处理)，测试两个无机颗粒的圆心间距作为两个无机颗粒之间的间距，并记为L1。
根据一些实施例，任意相邻的一个无机颗粒和一个有机颗粒之间的间距是指：在隔离膜的SEM图像中，在涂层中任取相邻的一个无机颗粒和一个有机颗粒(当无机颗粒或有机颗粒为不规则形状时，可以对该颗粒做外接圆处理)，测试该无机颗粒和该有机颗粒的圆心间距作为无机颗粒和有机颗粒之间的间距，记为L2。上述有机颗粒可以取第一种有机颗粒，也可以取第二种有机颗粒。
上述间距可采用本领域已知的仪器进行测定。例如可以采用扫描电子显微镜测定。作为示例，任意相邻的一个无机颗粒和一个有机颗粒之间的间距L2可以按如下方法测试：将隔离膜制成长×宽＝50mm×100mm的测试样品；使用扫描电子显微镜(例如ZEISSSigma300)对隔离膜进行测试。测试可参考JY/T010-1996。在测试样品中随机选取区域进行扫描测试，并在一定放大倍率(例如3000倍)下获取隔离膜的SEM图像，在SEM图像中任选相邻的一个无机颗粒和一个有机颗粒(当无机颗粒或有机颗粒为不规则体时，可以对该颗粒做外接圆处理)，测量无机颗粒(或其外接圆)的圆心与有机颗粒(或其外接圆)的圆心之间的距离，即为本申请所述的相邻的无机颗粒和有机颗粒的间距，记为L2。为了确保测试结果的准确性，可以在测试样品中取多组相邻颗粒(例如10组)重复进行上述测试，取各组测试结果的平均值作为最终的结果。
同理，也可以按照上述方法测试任意相邻的两个无机颗粒之间的间距L1。
图3-1和3-2是本申请实施例的隔离膜的扫描电子显微镜(SEM)图片。从图3-1可以看出，隔离膜的涂层中包括无机颗粒和第一种有机颗粒，第一种有机颗粒为一次颗粒，第一种有机颗粒嵌于无机颗粒中且在涂层表面形成凸起。从图3-2可以看出，隔离膜的涂层中包括无机颗粒、第一种有机颗粒和第二种有机颗粒，第一种有机颗粒为一次颗粒，第二种有机颗粒为二次颗粒，第一种有机颗粒和第二种有机颗粒均嵌于无机颗粒中且在涂层表面形成凸起。按照上述记载的方法进行测量后，可得出L1＜L2。
本申请还提供一种隔离膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)提供基材；
(2)提供涂层浆料，所述涂层浆料包括组分材料和溶剂，所述组分材料包括无机颗粒和有机颗粒，所述有机颗粒包括第一种有机颗粒；
(3)将步骤(2)所述的涂层浆料涂布在步骤(1)所述的基材的至少一侧，形成涂层并干燥，得到所述隔离膜；
其中，所述隔离膜包括基材和形成在所述基材至少一个表面上的涂层；所述涂层包括无机颗粒和第一种有机颗粒，所述第一种有机颗粒嵌于所述无机颗粒中且在所述涂层表面形成凸起；所述第一种有机颗粒为一次颗粒形貌，且所述第一种有机颗粒的数均粒径≥2μm。
所述涂层可以设置在所述基材的仅一个表面上，也可以设置在所述基材的两个表面上。
如图4-1所示，隔离膜包括基材(A)和涂层(B)，所述涂层(B)设置在所述基材(A)的仅一个表面上。
如图4-2所示，隔离膜包括基材(A)和涂层(B)，所述涂层(B)同时设置在所述基材(A)的两个表面上。
在本申请实施例中，对所述基材的材质没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的基材，例如玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的一种或几种。所述基材可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜。当所述基材为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同，也可以不同。
在一些实施方式中，在步骤(2)中，所述溶剂可以为水，例如去离子水。
在一些实施方式中，在步骤(2)中，所述组分材料还可以包括本文中所述的第二种有机颗粒。
在一些实施方式中，在步骤(2)中，所述组分材料还可以包括其他有机化合物，例如，还可以包括改善耐热性的聚合物(简称为“耐热胶”)、分散剂、润湿剂、其他种类的粘结剂。其中，上述有机化合物在干燥后的涂层中均为非颗粒状的物质。本申请对上述其他有机化合物的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好改善性能的材料。
在一些实施方式中，在步骤(2)中，在溶剂中加入组分材料并搅拌均匀得到涂层浆料。
在一些实施方式中，在步骤(2)中，所述第一种有机颗粒的加入质量占所述组分材料的干重总和的10％以上；例如10％-30％，15％-30％，10％-25％，10％-20％。
在一些实施方式中，在步骤(2)中，所述第二种有机颗粒的加入质量小于等于所述第一种有机颗粒的加入质量。可选地，所述第二种有机颗粒的加入质量占所述组分材料的干重总和的1％-10％；例如可以为1.5％-7.5％，2％-8％，2％-5％或3％-7％。
适当含量的有机颗粒可以减少隔离膜在电池制备过程中与电池卷绕工具(例如卷针)或叠片工具之间产生的静电，有效降低正负极发生短路的概率，从而提升电池的制造优率。
需要说明的是，当组分材料为固态时，组分材料的干重为该组分材料的加入质量。当组分材料为悬浮液、乳液或溶液时，组分材料的干重为该组分材料的加入质量与该组分材料的固含量的乘积。所述组分材料的干重总和即为各组分材料的干重的加和。
在一些实施方式中，在步骤(2)中，涂层浆料的固含量可以控制在28％-45％，例如，可以为30％-38％，基于涂层浆料的重量计。当涂层浆料的固含量在上述范围内时，可以有效减少涂层的膜面问题以及降低涂布不均匀出现的概率，从而进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在一些实施方式中，在步骤(3)中，所述涂布采用涂布机进行实施。
在本申请实施例中，对涂布机的型号没有特殊限制，可以采用市购的涂布机。
在一些实施方式中，在步骤(3)中，所述涂布可以采用转移涂布、旋转喷涂、浸涂等工艺；例如所述涂布采用转移涂布。
在一些实施方式中，所述涂布机包括凹版辊；所述凹版辊一般为圆柱形钢辊，在其圆表面镌刻着各种形状的浆液槽，用于将涂层浆料转移到基材上。
在一些实施方式中，所述凹版辊的线数可以为100LPI-300LPI，例如，125LPI-190LPI(LPI为线/英寸)。辊的线数越高，其传递的浆液量越少。当凹版辊的线数在上述范围内时，有助于控制第一种有机颗粒和第二种有机颗粒的数量，从而进一步改善隔离膜的循环性能和安全性能。
在一些实施方式中，在步骤(3)中，所述涂布的速度可以控制在30m/min-90m/min，例如50m/min-70m/min。当涂布的速度在上述范围内时，可以有效减少涂层的膜面问题，降低涂布不均匀的概率，从而进一步改善电池的循环性能和安全性能。
在一些实施方式中，在步骤(3)中，所述涂布的线速比可以控制在0.8-2.5，例如可以为0.8-1.5，1.0-1.5。
在一些实施方式中，在步骤(3)中，所述干燥的温度可以为40℃-70℃，例如可以为50℃-60℃。
在一些实施方式中，在步骤(3)中，所述干燥的时间可以为10s-120s，例如可以为20s-80s，20s-40s。
将上述各工艺参数控制在所给范围内，可以进一步改善本申请的隔离膜的使用性能。本领域的技术人员可以根据实际生产情况，选择性地调控上述一个或几个工艺参数。
为了进一步改善二次电池的性能，所述无机颗粒和所述有机颗粒还可选地满足前述的各参数条件中的一个或几个。此处不再赘述。
上述基材、第一种有机颗粒和第二种有机颗粒均可以通过市购获得。
本申请的隔离膜制备方法，通过一次涂布制得涂层，大大简化了隔离膜的生产工艺流程；同时，将上述方法制备的隔离膜用到电池中，可以有效改善电池的循环性能和安全性能。
[正极极片]
在二次电池中，所述正极极片通常包括正极集流体及设置在正极集流体上的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性材料。
所述正极集流体可以采用常规金属箔片或复合集流体(可以将金属材料设置在高分子基材上形成复合集流体)。作为示例，正极集流体可以采用铝箔。
所述正极活性材料的具体种类不做限制，可以采用本领域已知的能够用于二次电池正极的活性材料，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。
作为示例，所述正极活性材料可以包括，但不限于，锂过渡金属氧化物，橄榄石结构的含锂磷酸盐及其各自的改性化合物中的一种或几种。锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物及其改性化合物中的一种或几种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料及其改性化合物中的一种或几种。这些材料均可以通过商业途径获得。
在一些实施方式中，上述各材料的改性化合物可以是对材料进行掺杂改性和/或表面包覆改性。
所述正极膜层通常还可选地包括粘结剂、导电剂和其他可选助剂。
作为示例，导电剂可以为超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、Super P(SP)、石墨烯及碳纳米纤维中一种或几种。
作为示例，粘结剂可以为丁苯橡胶(SBR)、水性丙烯酸树脂(water-based acrylicresin)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的一种或几种。
[负极极片]
在二次电池中，所述负极极片通常包括负极集流体及设置在负极集流体上的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料。
所述负极集流体可以采用常规金属箔片或复合集流体(例如可以将金属材料设置在高分子基材上形成复合集流体)。作为示例，负极集流体可以采用铜箔。
所述负极活性材料的具体种类不做限制，可以采用本领域已知的能够用于二次电池负极的活性材料，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。作为示例，所述负极活性材料可以包括，但不限于，人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳、硅基材料和锡基材料中的一种或几种。所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物(例如氧化亚硅)、硅碳复合物、硅氮复合物、硅合金中的一种或几种。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物、锡合金中的一种或几种。这些材料均可以通过商业途径获得。
在一些实施方式中，为了进一步提高电池的能量密度，所述负极活性材料包括硅基材料。
所述负极膜层通常还可选地包括粘结剂、导电剂和其他可选助剂。
作为示例，导电剂可以为超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中一种或几种。
作为示例，粘结剂可以为丁苯橡胶(SBR)、水性丙烯酸树脂(water-based acrylicresin)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇(PVA)及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的一种或几种。
作为示例，其他可选助剂可以是增稠及分散剂(例如羧甲基纤维素钠CMC-Na)、PTC热敏电阻材料等。
[电解液]
二次电池可以包括电解液，电解液在正极和负极之间起到传导离子的作用。所述电解液可以包括电解质盐和溶剂。
作为示例，电解质盐可选自LiPF6(六氟磷酸锂)、LiBF4(四氟硼酸锂)、LiClO4(高氯酸锂)、LiAsF6(六氟砷酸锂)、LiFSI(双氟磺酰亚胺锂)、LiTFSI(双三氟甲磺酰亚胺锂)、LiTFS(三氟甲磺酸锂)、LiDFOB(二氟草酸硼酸锂)、LiBOB(二草酸硼酸锂)、LiPO2F2(二氟磷酸锂)、LiDFOP(二氟二草酸磷酸锂)及LiTFOP(四氟草酸磷酸锂)中的一种或几种。
作为示例，所述溶剂可选自碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸亚丁酯(BC)、氟代碳酸亚乙酯
(FEC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)、1,4-丁内酯(GBL)、环丁砜(SF)、二甲砜(MSM)、甲乙砜(EMS)及二乙砜(ESE)中的一种或几种。
在一些实施方式中，电解液中还包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂，也可以包括正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温性能的添加剂、改善电池低温性能的添加剂等。
在一些实施方式中，本申请的二次电池为锂离子二次电池。
可以按照本领域常规方法制备二次电池，例如将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序卷绕(或叠片)，使隔离膜处于正极极片与负极极片之间起到隔离的作用，得到电芯，将电芯置于外包装中，注入电解液并封口，得到二次电池。
本申请实施例对二次电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。如图5是作为一个示例的方形结构的二次电池5。
在一些实施例中，二次电池可包括外包装。该外包装用于封装正极极片、负极极片和电解液。
在一些实施例中，参照图6，外包装可包括壳体51和盖板53。其中，壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口，盖板53能够盖设于所述开口，以封闭所述容纳腔。
正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件52。电极组件52封装于所述容纳腔。电解液浸润于电极组件52中。二次电池5所含电极组件52的数量可以为一个或多个，可根据需求来调节。
在一些实施例中，二次电池的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。二次电池的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，如可包括聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等中的一种或几种。
在一些实施例中，二次电池可以组装成电池模块，电池模块所含二次电池的数量可以为多个，具体数量可根据电池模块的应用和容量来调节。
图7是作为一个示例的电池模块4。在电池模块4中，多个二次电池5可以是沿电池模块4的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个二次电池5进行固定。
可选地，电池模块4还可以包括具有容纳空间的外壳，多个二次电池5容纳于该容纳空间。
在一些实施例中，上述电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以根据电池包的应用和容量进行调节。
图8和图9是作为一个示例的电池包1。在电池包1中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块4。电池箱包括上箱体2和下箱体3，上箱体2能够盖设于下箱体3，并形成用于容纳电池模块4的封闭空间。多个电池模块4可以按照任意的方式排布于电池箱中。
装置
本申请还提供一种装置，所述装置包括所述的二次电池、电池模块、或电池包中的至少一种。所述二次电池、电池模块或电池包可以用作所述装置的电源，也可以作为所述装置的能量存储单元。所述装置可以但不限于是移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等。
所述装置可以根据其使用需求来选择二次电池、电池模块或电池包。
图10是作为一个示例的装置。该装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该装置对二次电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用二次电池作为电源。
以下结合实施例进一步说明本申请的有益效果。
实施例
为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，以下将结合实施例和附图进行进一步详细说明。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本申请保护的范围。
本申请的实施例中所用的材料均可以通过商购获得，例如：
基材可以购于上海恩捷新材料有限公司。
无机颗粒可以购于壹石通材料科技股份有限公司。
第一种有机颗粒可以购于阿科玛(常熟)化学有限公司。
第二种有机颗粒可以购于四川茵地乐科技有限公司。
润湿剂可以购自陶氏化学公司。
分散剂可以购自常熟威怡科技有限公司。
一、隔离膜的制备
隔离膜1：
(1)提供PE基材，例如，基材的厚度为7μm，孔隙率为36％；
(2)配制涂层浆料：将无机颗粒三氧化二铝(Al2O3)、第一种有机颗粒甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、分散剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和润湿剂有机硅改性聚醚按质量比80：15：3：2在去离子水中混合均匀，得到基于涂层浆料的重量计的固含量为35％的涂层浆料。其中，无机颗粒三氧化二铝(Al2O3)的体积平均粒径Dv50为1μm，第一种有机颗粒的数均粒径为2μm，第一种有机颗粒的形貌为一次颗粒，第一种有机颗粒中至少一部分颗粒包括核结构和壳结构，且壳结构的玻璃化转变温度为55℃，核结构的玻璃化转变温度为20℃；
(3)将步骤(2)配制的涂层浆料采用涂布机涂布在PE基材的2个表面上，通过干燥、分切工序，得到隔离膜1。其中，涂布机的凹版辊的线数为190LPI，涂布的速度为70m/min，涂布的线速比为1.3；单位面积的隔离膜上的单面涂层重量为2.0g/m2。在所述隔离膜中，第一种有机颗粒嵌于无机颗粒中且在涂层表面形成凸起。
隔离膜2-18和对比隔离膜1-4与隔离膜1的制备方法相似，不同点在于：调整了第一种有机颗粒的数均粒径、质量占比、物质种类或颗粒形貌，详见表1。
隔离膜19-35与隔离膜1的制备方法相似，不同点在于：在涂层中还加入了第二种有机颗粒，并调整其数均粒径、质量占比、物质种类，详见表2。
二、电池的制备
实施例1
1、正极极片的制备
将正极活性材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)、导电剂炭黑(Super P)、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比96.2:2.7:1.1在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀，得到正极浆料，将正极浆料涂布于正极集流体铝箔上，通过烘干、冷压、分条、裁切工序，得到正极极片。
2、负极制备
将负极活性材料人造石墨、导电剂炭黑(Super P)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素钠(CMC-Na)按质量比96.4:0.7:1.8:1.1在溶剂去离子水中混合均匀，得到负极浆料，将负极浆料涂布于负极集流体铜箔上，通过烘干、冷压、分条、裁切工序，得到负极极片。
3、隔离膜
隔离膜采用上述制备的隔离膜1。
4、电解液的制备
将碳酸亚乙酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比30:70进行混合，得到有机溶剂，将充分干燥的电解质盐LiPF6溶解于上述混合溶剂中，电解质盐的浓度为1.0mol/L，混合均匀后获得电解液。
5、二次电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于外包装中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的二次电池中，经过真空封装、静置、化成、整形工序，获得二次电池。
实施例2-18、实施例19-35和对比例1-4的二次电池与实施例1的二次电池的制备方法相似，不同点在于使用了不同的隔离膜，具体详见表1。
三、电池性能测试
1、25℃循环性能
在25℃下，将实施例和对比例制备得到的二次电池以1C倍率恒流充电至充电截止电压4.2V，之后恒压充电至电流≤0.05C，静置30min，再以0.33C倍率恒流放电至放电截止电压2.8V，静置30min，记录此时的电池容量C0。按照此方法对电池进行1500次循环充放电，记录1500次循环后的电池容量记为C1。
电池在25℃下的循环容量保持率＝C1/C0×100％。
2、热蔓延性能
25℃下，将实施例和对比例制备得到的二次电池以1C倍率恒流充电至充电截止电压4.2V，之后恒压充电至电流≤0.05C，静置10min；然后在电池表面紧贴一块金属加热板，夹具加紧，夹具与电池间加入3mm隔热垫，200℃恒温加热至电池发生热失控；记录电池发生热失控的时间。
表1和表2中给出了测得的各实施例和对比例的电池性能。
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由表1可知，通过使用特定数均粒径及颗粒形貌的第一种有机颗粒，能够显著改善电池的循环性能和安全性能。尤其是，通过进一步优化第一种有机颗粒的数均粒径、加入量或物质种类，能够进一步提高电池的循环性能和安全性能。相比而言，使用本申请数均粒径范围以外的第一种有机颗粒的对比例1、2在循环性能和安全性能方面均不如本申请实施例1-18；对比例4使用了二次颗粒形貌的数均粒径不在本申请限定的范围内的第一种有机颗粒，其所得电池性能明显差于本申请实施例1-18；对比例3尽管使用本发明限定的数均粒径范围内的第一种有机颗粒，但是其颗粒形貌为二次颗粒，因此其所得电池在循环性能和安全性能方面虽然略好于对比例1、2和4，但仍不能实现与本申请实施例1-18同等程度的改善。
由表2可知，通过进一步加入特定量、特定种类和特定数均粒径范围的第二种有机颗粒，可以进一步改善所得电池的安全性能和循环性能。
发明人还采用了本申请范围内的无机颗粒、第一种有机颗粒和第二种有机颗粒的其他用量和材质、其他基材、其他涂布工艺参数和其他工艺条件进行了实验，并且获得了与实施例1-35类似的改善电池的循环性能和安全性能的效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (27)

1.一种隔离膜，其包括：
基材；和
形成在所述基材至少一个表面上的涂层，所述涂层包括无机颗粒和第一种有机颗粒，所述第一种有机颗粒嵌于所述无机颗粒中且在所述涂层表面形成凸起；
所述第一种有机颗粒为一次颗粒形貌，且所述第一种有机颗粒的数均粒径≥2μm。
2.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述第一种有机颗粒的数均粒径为2μm-10μm；可选地，所述第一种有机颗粒的数均粒径为3μm-8μm。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的隔离膜，其中，所述第一种有机颗粒包括丙烯酸酯类单体单元的均聚物或共聚物，丙烯酸类单体单元的均聚物或共聚物，苯乙烯类单体单元的均聚物或共聚物，聚氨酯类化合物，橡胶类化合物，以及上述各均聚物或共聚物的改性化合物中的一种或几种；
可选地，所述第一种有机颗粒包括丙烯酸酯类单体单元-苯乙烯类单体单元的共聚物，丙烯酸类单体单元-苯乙烯类单体单元的共聚物，丙烯酸类单体单元-丙烯酸酯类单体单元-苯乙烯类单体单元的共聚物，苯乙烯类单体单元-不饱和腈类单体单元的共聚物，苯乙烯类单体单元-烯烃基单体单元-不饱和腈类单体单元的共聚物，以及上述共聚物的改性化合物中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的隔离膜，其中，所述第一种有机颗粒包括丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸异辛酯共聚物、甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸-苯乙烯共聚物、丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸异辛酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-醋酸乙烯酯-吡咯烷酮共聚物，以及上述共聚物的改性化合物中的一种或几种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的隔离膜，其中，所述第一种有机颗粒中的至少一部分包括核结构和壳结构。
6.根据权利要求5所述的隔离膜，其中，所述核结构和壳结构均包括丙烯酸酯类单体单元的共聚物；可选地，所述第一种有机颗粒中的核结构和壳结构均包括丙烯酸酯类单体单元-苯乙烯基单体单元的共聚物。
7.根据权利要求5-6中任一项所述的隔离膜，其中，所述壳结构的玻璃化转变温度高于所述核结构的玻璃化转变温度；
可选地，所述核结构的玻璃化转变温度为-30℃-20℃，进一步可选为-10℃-10℃；或
可选地，所述壳结构的玻璃化转变温度为50℃-70℃，进一步可选为55℃-65℃。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的隔离膜，其中，所述第一种有机颗粒在所述涂层中的质量占比≥10％；可选为10％-30％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的隔离膜，其中，所述涂层中还包括第二种有机颗粒，所述第二种有机颗粒嵌于所述无机颗粒中且在所述涂层表面形成凸起，且所述第二种有机颗粒为二次颗粒形貌。
10.根据权利要求9所述的隔离膜，其中，所述第二种有机颗粒的数均粒径≥12μm；可选地，所述第二种有机颗粒的数均粒径为15μm-25μm。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的隔离膜，其中，所述第二种有机颗粒在所述涂层中的质量占比小于等于所述第一种有机颗粒在所述涂层中的质量占比；
可选地，所述第二种有机颗粒在所述涂层中的质量占比为1％-10％，进一步可选为2％-8％。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的隔离膜，其中，所述第二种有机颗粒包括含氟烯基单体单元的均聚物或共聚物，烯烃基单体单元的均聚物或共聚物，不饱和腈类单体单元的均聚物或共聚物，环氧烷类单体单元的均聚物或共聚物，以及上述各均聚物或共聚物的改性化合物中的一种或几种；
可选地，所述第二种有机颗粒包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、不同的含氟烯基单体单元的共聚物、含氟烯基单体单元与乙烯基单体单元的共聚物、含氟烯基单体单元与丙烯酸类单体单元的共聚物、含氟烯基单体单元与丙烯酸酯类单体单元的共聚物，以及上述各均聚物或共聚物的改性化合物中的一种或几种。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的隔离膜，其中，所述第二种有机颗粒包括偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-丙烯酸共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-丙烯酸酯共聚物，以及上述共聚物的改性化合物中的一种或几种。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的隔离膜，其中，所述无机颗粒包括勃姆石(γ-AlOOH)、氧化铝(Al2O3)、硫酸钡(BaSO4)、氧化镁(MgO)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、二氧化硅(SiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化钛(TiO2)、氧化钙(CaO)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、氧化镍(NiO)、氧化铈(CeO2)、钛酸锆(SrTiO3)、钛酸钡(BaTiO3)、氟化镁(MgF2)中的一种或几种。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的隔离膜，其中，所述无机颗粒的体积平均粒径≤2.5μm；可选地，所述无机颗粒的体积平均粒径为0.5μm-2.5μm。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的隔离膜，其中，单位面积的隔离膜上的单面涂层重量≤3.0g/m2；可选地，单位面积的隔离膜上的单面涂层重量为1.5g/m2-2.5g/m2。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的隔离膜，其中，所述隔离膜还满足下述(1)-(5)中的一个或几个：
(1)所述隔离膜的透气度为100s/100mL-300s/100mL，可选地，所述隔离膜的透气度为150s/100mL-250s/100mL；
(2)所述隔离膜的横向断裂伸长率为50％-200％，可选为80％-150％；
(3)所述隔离膜的纵向断裂伸长率为50％-200％，可选为80％-150％；
(4)所述隔离膜的横向拉伸强度(MD)为1000kgf/cm2-3500kgf/cm2，可选为1200kgf/cm2-3000kgf/cm2；
(5)所述隔离膜的纵向拉伸强度(TD)为1000kgf/cm2-3500kgf/cm2，可选为1000kgf/cm2-2800kgf/cm2。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的隔离膜，其中，所述无机颗粒和所述有机颗粒在所述涂层中形成不均匀的孔道结构。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的隔离膜，其中，任意相邻的两个无机颗粒之间的间距记为L1，任意相邻的一个无机颗粒和一个有机颗粒之间的间距记为L2，则L1＜L2。
20.一种制备权利要求1-19中任一项所述的隔离膜的方法，包括如下步骤：
(1)提供基材；
(2)提供涂层浆料，所述涂层浆料包括组分材料和溶剂，所述组分材料包括无机颗粒和有机颗粒，所述有机颗粒包括第一种有机颗粒；
(3)将步骤(2)所述的涂层浆料涂布在步骤(1)所述的基材的至少一侧，形成涂层并干燥，得到所述隔离膜；
其中，所述隔离膜包括：基材；和形成在所述基材至少一个表面上的涂层；所述涂层包括无机颗粒和第一种有机颗粒，所述第一种有机颗粒嵌于所述无机颗粒中且在所述涂层表面形成凸起；所述第一种有机颗粒为一次颗粒形貌，且所述第一种有机颗粒的数均粒径≥2μm。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其中，在所述步骤(2)中，所述有机颗粒还包括第二种有机颗粒，所述第二种有机颗粒为二次颗粒形貌。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其中，所述第二种有机颗粒的加入质量小于等于所述第一种有机颗粒的加入质量；
可选地，所述第二种有机颗粒的加入质量占所述组分材料的干重总和的1％-10％，进一步可选为2％-8％。
23.根据权利要求19-22任一项所述的方法，其中，所述方法满足下述(1)-(7)中的一个或几个：
(1)在所述步骤(2)中，所述第一种有机颗粒的加入质量占所述组分材料的干重总和的10％以上，可选为10％-30％；
(2)在所述步骤(2)中，所述涂层浆料的固含量为28％-45％，可选为30％-38％；
(3)在所述步骤(3)中，所述涂布采用涂布机，所述涂布机包括凹版辊，所述凹版辊的线数为100LPI-300LPI，可选为125LPI-190LPI；
(4)在所述步骤(3)中，所述涂布的速度为30m/min-90m/min，可选为50m/min-70m/min；
(5)在所述步骤(3)中，所述涂布的线速比为0.8-2.5，可选为0.8-1.5；
(6)在所述步骤(3)中，所述干燥的温度为40℃-70℃，可选为50℃-60℃；
(7)在所述步骤(3)中，所述干燥的时间为10s-120s，可选为20s-80s。
24.一种二次电池，其包括根据权利要求1-19中任一项所述的隔离膜或根据权利要求20-23任一项所述制备方法得到的隔离膜。
25.一种电池模块，包括根据权利要求24所述的二次电池。
26.一种电池包，包括根据权利要求25所述的电池模块。
27.一种装置，包括根据权利要求24所述的二次电池、根据权利要求25所述的电池模块、或根据权利要求26所述的电池包中的至少一种。
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