CN219626839U - 隔膜和电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及电池领域，具体涉及隔膜以及包含该隔膜的电池。所述隔膜包括基材层和粘接层，所述粘接层设置在所述隔膜一侧或两侧的最外表面，所述粘接层分为第一粘接区和第二粘接区；所述第二粘接区设置在所述粘接层的边缘区域，所述第一粘接区设置在所述粘接层上未被第二粘接区覆盖的区域，所述第一粘接区的平均剥离强度大于所述第二粘接区的平均剥离强度。本实用新型的隔膜将粘接层设置分区，充分解决了电池高温性能与低温性能不能兼容的问题。

Description

隔膜和电池
技术领域
本实用新型涉及电池领域，具体涉及隔膜以及包含该隔膜的电池。
背景技术
锂离子电池由于其能量密度高、充电速度快等优点，已经成为了目前应用最为广泛的二次电池。随着电动汽车、手机、笔记本电脑以及各种穿戴电子产品的应用越来越广，消费者对于电池的低温性能与高温性能的要求也越来越高，而电池的低温性能与高温性能往往呈现跷跷板效应，这严重制约了锂离子电池的应用。
因此，发现一种兼具低温性能与高温性能的电池是十分重要的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的锂离子电池高温性能与低温性能不能兼顾的问题，提供一种隔膜以及包含该隔膜的电池。本实用新型的隔膜将粘接层设置分区，充分解决了电池高温性能与低温性能不能兼容的问题。
本实用新型第一方面提供了一种隔膜，所述隔膜包括基材层和粘接层，所述粘接层设置在所述隔膜一侧或两侧的最外表面，所述粘接层分为第一粘接区和第二粘接区；所述第二粘接区设置在所述粘接层的边缘区域，所述第一粘接区设置在所述粘接层上未被所述第二粘接区覆盖的区域，所述第一粘接区的平均剥离强度大于所述第二粘接区的平均剥离强度。
在一实例中，所述第一粘接区的平均剥离强度为8-30N/m；所述第二粘接区的平均剥离强度为0.1-6N/m。
在一实例中，所述第一粘接区的平均剥离强度为10-20N/m；所述第二粘接区的平均剥离强度为0.2-3N/m。
在一实例中，所述第一粘接区占所述粘接层投影面积的50％-95％，所述第二粘接区占所述粘接层投影面积的5％-50％。
在一实例中，所述第一粘接区占所述粘接层投影面积的68％-85％，所述第二粘接区占所述粘接层投影面积的15％-32％。
在一实例中，所述第一粘接区的厚度为0.2μm-10μm；所述第二粘接区的厚度为1μm-15μm。
在一实例中，所述第一粘接区的厚度为0.5μm-5μm；所述第二粘接区的厚度为3μm-10μm。
在一实例中，所述第一粘接区的厚度与所述第二粘接区的厚度的比值为1:(3-4)。
在一实例中，所述隔膜还包括陶瓷层，所述陶瓷层设置在所述基材层与所述粘接层之间。
本实用新型第二方面提供了一种电池，所述电池包括本实用新型第一方面提供所述的隔膜。
通过上述技术方案，本实用新型与现有技术相比至少具有以下优势：
(1)本实用新型的隔膜将粘接层进行分区处理，其中，中间区域为高粘结性的第一粘接区，剩余区域为低粘结性的第二粘接区；
(2)本实用新型的隔膜中第一粘接区界面粘结力高，提升了高温性能，延后了胀气点，并且所述第一粘接区厚度薄，占用空间小，提升了电池的能量密度；
(3)本实用新型的隔膜中第二粘接区粘结力低，能够提高电解液的浸润性，提升了低温动力学，避免了低温循环析锂。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
附图说明
图1所示为本实用新型一实例中的隔膜示意图。
图2所示为本实用新型一实例中隔膜的第一粘接区和第二粘接区的相对位置示意图。
图3所示为本实用新型一实例中隔膜的第一粘接区在粘接层的投影形状示意图。
图4所示为本实用新型一实例中隔膜的第一粘接区在粘接层的投影形状示意图。
图5所示为本实用新型一实例中的隔膜示意图。
具体实施方式
以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
根据本实用新型中具体实施例的隔膜示意图如图1-图5所示，以下结合附图对所述隔膜进行示例性的说明。
本实用新型第一方面提供了一种隔膜，如图1所示为本实用新型一实例中隔膜示意图，其中图1(a)和图1(b)为所述隔膜的截面图，图1(c)为所述隔膜的俯视图。在图1(a)中，所述隔膜3包括基材层1和粘接层2，所述粘接层2设置在所述隔膜3两侧的最外表面；在图1(b)中，所述隔膜3包括基材层1和粘接层2，所述粘接层2设置在所述隔膜3一侧的最外表面；在图1(c)中，所述粘接层2分为第一粘接区21和第二粘接区22，其中，所述第二粘接区22设置在所述粘接层2的两侧边缘区域，所述第一粘接区21设置在所述粘接层2上未被第二粘接区22覆盖的区域。
所述第一粘接区和所述第二粘接区的相对位置可以根据需要进行调整，如图1(c)和图2所示，图2所示为本实用新型一实例中隔膜的第一粘接区和第二粘接区的相对位置示意图，例如，在图1(c)和图2(c)中，所述第一粘接区21设置在所述粘接层2的中间区域；又例如，在图2(a)中，所述第一粘接区21设置在所述粘接层2的靠左侧区域；再例如，在图2(b)中，所述第一粘接区21设置在所述粘接层2的靠右侧区域。
所述第一粘接区在所述粘接层的投影形状可以根据需要进行调整，所述第一粘接区在所述粘接层的投影形状可以为规则的图形也可以为不规则的图形，如图3和图4所示为本实用新型一实例中隔膜的第一粘接区在粘接层的投影形状示意图，在图3中，所述第一粘接区在粘接层的投影形状为规则的图形，例如，在图3(a)中，第一粘接区在粘接层的投影形状为圆形；又例如，在图3(b)中，第一粘接区在粘接层的投影形状为三角形；再例如，在图3(c)中，第一粘接区在粘接层的投影形状为梯形。在图4中，所述第一粘接区在粘接层的投影形状为不规则的图形，例如，在图4(a)中，第一粘接区在粘接层的投影形状为不规则多边形；又例如，在图4(b)和图4(c)中，第一粘接区在粘接层的投影形状为不规则闭合曲线。
所述第一粘接区的平均剥离强度大于所述第二粘接区的平均剥离强度。
所述第一粘接区的平均剥离强度可以为8-30N/m，例如8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30N/m。
在一实例中，所述第一粘接区的平均剥离强度为10-20N/m。
所述第二粘接区的平均剥离强度可以为0.1-6N/m，例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5或6N/m。
在一实例中，所述第二粘接区的平均剥离强度为0.2-3N/m。
在本实用新型中，所述第一粘接区的平均剥离强度和所述第二粘接区的平均剥离强度的测试方法采用国家标准GB/T 2790-1995，即采用180°剥离测试标准测试所述隔膜的第一粘接区和所述隔膜的第二粘接区分别与正极片/负极片之间的剥离强度。具体测试方法如下：将隔膜两侧外表面全部设置为第一粘接区，得到第一隔膜；将隔膜两侧外表面全部设置为第二粘接区，得到第二隔膜；将第一隔膜、第二隔膜和正极片/负极片裁切成54.2mm×72.5mm样品，将第一隔膜与正极片/负极片复合，将第二隔膜与正极片/负极片复合，复合方法是使用热压机热压，热压条件为：温度为85℃，压力为1MPa，热压时间为85s，将复合好的样品裁切成15mm×54.2mm的小条，再按照180°剥离测试标准进行测试，平均剥离强度＝3个样品的测量值之和/3，分别得到所述第一粘接区的平均剥离强度和所述第二粘接区的平均剥离强度。
所述第一粘接区占所述粘接层投影面积的50％-95％(例如50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％)，所述第二粘接区占所述粘接层投影面积的5％-50％(例如50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％)。
在一实例中，所述第一粘接区占所述粘接层投影面积的60％-90％，所述第二粘接区占所述粘接层投影面积的10％-40％。
在一实例中，所述第一粘接区占所述粘接层投影面积的68％-85％，所述第二粘接区占所述粘接层投影面积的15％-32％。
所述第一粘接区的厚度可以为0.2μm-10μm，例如0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
在一实例中，所述第一粘接区的厚度为0.5μm-5μm。
所述第二粘接区的厚度可以为1μm-15μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm。
在一实例中，所述第二粘接区的厚度为3μm-10μm。
本实用新型的发明人发现，第一粘接区的厚度和第二粘接区的厚度存在一定的比例，使得本实用新型的隔膜制备得到的电池能够更进一步地兼容高温性能与低温性能。
在一实例中，所述第一粘接区的厚度与所述第二粘接区的厚度的比为1:(3-4)，例如1:3、1:3.1、1:3.2、1:3.3、1:3.4、1:3.5、1:3.6、1:3.7、1:3.8、1:3.9、1:4。
所述第一粘接层可以包括聚丙烯酸、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基苯乙烯、聚丙烯腈或聚甲基丙烯腈。
所述第二粘接层可以包括聚偏氟乙烯、聚六氟丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯或聚丙烯腈。
所述隔膜还可以包括陶瓷层。
所述陶瓷层可以设置在所述基材层与所述粘接层之间。如图5所示为本实用新型一实例中的隔膜示意图，例如，在图5(a)中，所述隔膜3包括基材层1、粘接层2和陶瓷层4，所述粘接层2设置于所述隔膜3两侧的最外表面，所述陶瓷层4设置在所述隔膜4一侧的所述基材层1与所述粘接层2之间；又例如，在图5(b)中，所述隔膜3包括基材层1、粘接层2和陶瓷层4，所述粘接层2设置于所述隔膜3两侧的最外表面，所述陶瓷层4设置在所述隔膜4两侧的所述基材层1和所述粘接层2之间。
所述陶瓷层可以包括勃姆石、氢氧化镁、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡、氧化镁、氧化锌、硫酸钡、氮化硼、氮化铝或氮化硅。
本实用新型第二方面提供了一种电池，所述电池包括本实用新型第一方面提供所述的隔膜。
以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。本实用新型所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
以下I组实施例用于说明本实用新型的隔膜。
实施例I1
按照以下步骤制备隔膜：
(1)陶瓷层：
将勃姆石(D50为0.6μm)与聚丙烯酸酯按照质量比为90:10混合均匀，加入去离子水，其中固含量为50％，将所得浆料涂覆于聚乙烯膜两侧表面，烘干，厚度为1μm；
(2)第一粘接区：
将聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠和二甲基硅氧烷按照质量比为90:0.5:9.5混合均匀，加入去离子水，其中固含量为5.5％，将所得浆料按照图1(c)所示涂覆于陶瓷层，烘干，其中，第一粘接区占粘接层投影面积的77％，第一粘接区的厚度为2μm，第一粘接区的平均剥离强度为15N/m；
(3)第二粘接区：
将聚偏氟乙烯和丙烯腈按照质量比为85:15混合均匀，加入去离子水，其中固含量为11％，将所得浆料按照图1(c)所示涂覆于陶瓷层未被第一粘接区覆盖的区域，烘干，其中，第二粘接区占粘接层投影面积的23％，第二粘接区的厚度为7μm，第二粘接区的平均剥离强度为1N/m。
实施例I2
本组实施例参照实施例I1的步骤进行，所不同的是，改变第一粘接区和第二粘接区占粘接层的投影面积，具体地：
实施例I2a中，第一粘接区占粘接层投影面积的68％，第二粘接区占粘接层投影面积的32％；
实施例I2b中，第一粘接区占粘接层投影面积的85％，第二粘接区占粘接层投影面积的15％；
实施例I2c中，第一粘接区占粘接层投影面积的60％，第二粘接区占粘接层投影面积的40％；
实施例I2d中，第一粘接区占粘接层投影面积93％，第二粘接区占粘接层投影面积的7％。
实施例I3
本组实施例参照实施例I1的步骤进行，所不同的是，改变第一粘接区的厚度和第二粘接区的厚度，具体地：
实施例I3a中，第一粘接区的厚度为0.5μm，第二粘接区的厚度为3μm；
实施例I3b中，第一粘接区的厚度为5μm，第二粘接区的厚度为10μm；
实施例I3c中，第一粘接区的厚度为1μm，第二粘接区的厚度为3μm；
实施例I3d中，第一粘接区的厚度为2.5μm，第二粘接区的厚度为10μm；
实施例I3e中，第一粘接区的厚度为7μm，第二粘接区的厚度为12μm。
实施例I4
本组实施例参照实施例I1的步骤进行，所不同的是，改变第一粘接区和第二粘接区的相对位置，具体地：
实施例I4a中，第一粘接区按照图2(a)所示的隔膜设置；
实施例I4b中，第一粘接区按照图2(b)所示的隔膜设置。
实施例I5
本组实施例参照实施例I1的步骤进行，所不同的是，改变第一粘接区在所述粘接层的投影形状，具体地：
实施例I5a中，第一粘接区和第二粘接区按照图3(a)所示的隔膜设置；
实施例I5b中，第一粘接区和第二粘接区按照图4(b)所示的隔膜设置。
实施例I6
参照实施例I1的步骤进行，所不同的是，不含陶瓷层，而是直接将第一粘接区和第二粘接区设置在聚乙烯膜表面。
实施例I7
本组实施例参照实施例I1的步骤进行，所不同的是，通过调整聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠和二甲基硅氧烷的质量比来改变第一粘接区的平均剥离强度，以及通过调整聚偏氟乙烯和丙烯腈的质量比来改变第二粘接区的平均剥离强度，具体地：
实施例I7a中，第一粘接区的平均剥离强度为10N/m，第二粘接区的平均剥离强度为0.2N/m；
实施例I7b中，第一粘接区的平均剥离强度为20N/m，第二粘接区的平均剥离强度为3N/m；
实施例I7c中，第一粘接区的平均剥离强度为25N/m，第二粘接区的平均剥离强度为5N/m。
对比例D1
参照实施例I1，所不同的是，将第一粘接区涂覆于陶瓷层外表面。
对比例D2
参照实施例I1，所不同的是，将第二粘接区涂覆于陶瓷层外表面。
以下II组实施例用于说明本实用新型的电池。
按照以下步骤制备电池：
(1)正极片的制备：
将钴酸锂、乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为97:1.5:1.5混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀，制备得到固含量为75％的正极活性浆料，将正极活性浆料均匀涂布在铝箔(厚度为10μm)两侧外表面上，100℃条件下烘干，冷压后得到两侧正极活性材料层厚度总为100μm的正极片，将正极片裁切成77mm×1225mm的规格并焊接极耳后待用；
(2)负极片的制备：
将人造石墨、乙炔黑、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按照质量比为97:1:1:1混合，加入去离子水，搅拌均匀，制备得到固含量为60％的负极活性浆料，将负极活性浆料均匀涂布在铜箔(厚度为6μm)两侧外表面上，110℃条件下烘干，冷压后得到两侧负极活性材料层总厚度为150μm的负极片，将负极片裁切成78.5mm×1227mm的规格并焊接极耳后待用；
(3)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与非水有机溶剂的质量比为9∶91；
(4)将步骤(1)和步骤(2)分别得到的正极片和负极片与I组实施例和对比例得到的隔膜，卷绕制成电芯，注入步骤(3)得到的电解液。
测试例
(1)低温循环测试
测试条件为温度-10℃，具体测试方法如下：
充电方法：0.7C充电至满充电压，充电电流0.05C截止；
放电方法：0.5C放电至截止电压3.0V；
分别循环100圈和200圈后将电池拆解，观察是否有析锂现象，将测试结果记于表1。
(2)高温性能测试
测试条件为温度45℃，具体测试方法如下：
电芯初始厚度测试：新鲜电芯，在600g平板压力计(PPG)下，测试厚度，记录为T1；
充电方法：0.7C充电至满充电压，充电电流0.02C截止；在满充电压下，进行持续充电；
每隔3天，将电芯取出，在常温下静置2h，然后在600g平板压力计(PPG)下，测试厚度，记录为T2。如果T2/T1-1≥10％，则判定为胀气，将发生胀气的时间记于表1。
表1
从表1可以看出，本实用新型的隔膜所制备的电池与对比例1相比，低温循环析锂情况有显著改善，本实用新型的隔膜所制备的电池与对比例2相比，高温浮充胀气天数明显延后。本实用新型的隔膜所制备的电池能够兼顾高温性能和低温性能。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基材层和粘接层，所述粘接层设置在所述隔膜一侧或两侧的最外表面，所述粘接层分为第一粘接区和第二粘接区；所述第二粘接区设置在所述粘接层的边缘区域，所述第一粘接区设置在所述粘接层上未被所述第二粘接区覆盖的区域，所述第一粘接区的平均剥离强度大于所述第二粘接区的平均剥离强度。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述第一粘接区的平均剥离强度为8-30N/m；所述第二粘接区的平均剥离强度为0.1-6N/m。
3.根据权利要求2所述的隔膜，其特征在于，所述第一粘接区的平均剥离强度为10-20N/m；所述第二粘接区的平均剥离强度为0.2-3N/m。
4.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述第一粘接区占所述粘接层投影面积的50％-95％，所述第二粘接区占所述粘接层投影面积的5％-50％。
5.根据权利要求4所述的隔膜，其特征在于，所述第一粘接区占所述粘接层投影面积的68％-85％，所述第二粘接区占所述粘接层投影面积的15％-32％。
6.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述第一粘接区的厚度为0.2μm-10μm；所述第二粘接区的厚度为1μm-15μm。
7.根据权利要求6所述的隔膜，其特征在于，所述第一粘接区的厚度为0.5μm-5μm；所述第二粘接区的厚度为3μm-10μm。
8.根据权利要求6所述的隔膜，其特征在于，所述第一粘接区的厚度与所述第二粘接区的厚度的比值为1:(3-4)。
9.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜还包括陶瓷层，所述陶瓷层设置在所述基材层与所述粘接层之间。
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-9中任意一项所述的隔膜。
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