CN113964452A - 隔离膜、电化学装置和电子装置 - Google Patents

隔离膜、电化学装置和电子装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种隔离膜、电化学装置和电子装置。该隔离膜包括基材层和设置于所述基材层的表面的第一层，所述第一层的差示扫描量热曲线具有第一吸热峰和第二吸热峰，其中第一吸热峰对应的温度为Q1℃，第二吸热峰对应的温度为Q2℃，100≤Q1≤130，140≤Q2≤200。该隔离膜能够在高温下保持无机颗粒涂层覆盖极片表面，避免短路接触发生，在不损失电性能的前提下，提高电化学装置的安全性能。

Description

隔离膜、电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种隔离膜、电化学装置和电子装置。
背景技术
在锂离子电池中，随着电化学装置的电压和能量密度逐渐提高，化学体系产热逐渐增多，由于过热导致的内部短路风险越来越大，电化学装置的安全性逐渐下降。在高温条件下，由于锂离子电池中隔离膜基材的固有性质，在不合理温度条件下，如过充，隔离膜容易出现收缩，而收缩的位置就是短路可能发生的危险区域。若电化学装置内部发生短路，容易引发电化学装置热失控起火。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本申请提供一种隔离膜、电化学装置和电子装置。采用本申请提供的隔离膜能够使得电化学装置在维持较高的电性能的前提下，提高安全性能。
在第一方面，本申请提供一种隔离膜。隔离膜包括基材层和设置于基材层的表面的第一层，第一层的差示扫描量热分析曲线具有第一吸热峰和第二吸热峰，其中第一吸热峰对应的温度为Q1℃，第二吸热峰对应的温度为Q2℃，100≤Q1≤130，140≤Q2≤200。
本申请的隔离膜中的第一层在温度较低时如常温下与基材层之间保持较高界面粘接力，当温度不合理升高达到设计的温度时，第一层与基材层之间的粘接力下降，且在电化学装置的应用场景下，在温度较高时一般副反应增多，产气增多，导致电化学装置膨胀，在界面剥离力的作用下，第一层与基材层剥离，从而降低高温下隔离膜收缩导致的短路风险以及耐高温性能和过充性能。
根据本申请的一些实施方式，Q1可以为102、105、108、110、112、115、118、120、122、125、128或它们之间的任意值。在本申请的一些实施方式中，110≤Q1≤120。根据本申请的一些实施方式，Q2可以为145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195或它们之间的任意值。在本申请的一些实施方式中，140≤Q2≤170。在本申请的一些实施方式中，110≤Q1≤120，140≤Q2≤170。
根据本申请的一些实施方式，Q2-Q1≥20。在本申请的一些实施方式中，Q2-Q1的取值为21、22、23、25、30、35、45、55、65、75、85、95或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施例，20≤Q2-Q1≤60。
根据本申请的一些实施方式，F25表示在25℃测量的所述第一层与所述基材层之间的粘接力，FQ1-10表示在Q1-10℃测量的第一层与基材层之间的粘接力，-0.05N/m≤FQ1-10-F25≤0.05N/m；Ft1表示在t1℃测量的第一层与所述基材层之间的粘接力，Ft2表示在t2℃测量的第一层与所述基材层之间的粘接力，t1＞t2＞Q1-10，Ft1＜Ft2。在温度在Q1-10℃以下时，第一层与基材层之间的粘接力基本保持不变；当温度在Q1-10℃以上时，第一层与基材层之间的粘接力随温度的升高而减小，当第一层与基材层之间的粘接力减小至≤2N/m，第一层与基材层相互分离。
根据本申请的一些实施方式，F表示测量温度t℃下第一层与基材层之间的粘接力，0N/m＜F≤2N/m，Q1-10≤t≤Q2。根据本申请的一些实施方式，t为Q1-10、Q1-5、Q1、Q2或它们之间的任意值时，F≤2N/m，例如为1.8N/m、1.6N/m、1.4N/m、1.2N/m、1.0N/m、0.8N/m、0.6N/m、0.4N/m、0.2N/m、0N/m或它们之间的任意值。
根据本申请的一些实施方式，第一层包括层叠设置的第二层和第三层，并且第二层位于基材层和第三层之间，第二层包括第一无机颗粒和第一粘接剂，第三层包括第二无机颗粒和第二粘接剂。
根据本申请的一些实施方式，第一层包括依次层叠设置的第一粘结层、第四层和第二粘结层，并且第一粘结层位于基材层和第四层之间，第一粘结层包括第一粘接剂，第二粘结层包括第二粘接剂，第四层包括第二无机颗粒。
根据本申请的一些实施方式，第一无机颗粒和第二无机颗粒各自独立地选自氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、硫酸钡或勃姆石中的一种或多种。根据本申请的一些实施方式，第一无机颗粒或第二无机颗粒可以有多种形貌，例如球形、椭圆球型、长条片状、正方体以及梯台等，一般优先选择长条片状或者球形。根据本申请的一些实施方式，第一无机颗粒或第二无机颗粒的直径或高度低于5μm。
根据本申请的一些实施方式，第一粘接剂包括乙烯丙烯无规聚合物、乙丙橡胶或嵌段共聚聚丙烯中的一种或多种。第一粘接剂的熔点较低，使得包含第一粘接剂的第二层具有高温下粘接力低的特性，在一定温度(如约100℃)下包含第一粘接剂的第二层与基材层之间的界面粘接力开始降低。根据本申请的一些实施方式，第二粘接剂包括聚丙烯、乙烯丁烯共聚物、乙烯丙烯共聚物、丙烯丁烯共聚物、乙烯丙烯丁烯共聚物中的一种或多种。第二粘接剂的熔点较高，可以耐受更高的温度，使得包含第二粘接剂的第三层具有耐高温的特性。
根据本申请的一些实施方式，第一粘接剂的差示扫描量热曲线中，吸热峰对应的温度为P1℃，第二粘接剂的差示扫描量热曲线中，吸热峰对应的温度为P2℃，100≤P1≤130，140≤P2≤200。根据本申请的一些实施方式，P1为102、105、108、110、112、115、118、120、122、125、128或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，P2为145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195或它们之间的任意值。在本申请的一些实施方式中，110≤P1≤120，140≤P2≤170。
根据本申请的一些实施方式，P2-P1≥20。在本申请的一些实施方式中，P2-P1的取值为25、35、45、55、65、75、85、95或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施例，20≤P2-P1≤60。
根据本申请的一些实施方式，第二层包括第一无机颗粒和第一粘接剂，以第二层的重量计，第一无机颗粒的重量百分含量大于或等于95％，第一粘接剂的重量百分含量小于或等于5％。若提高第一粘接剂用量，可以提升第二层与基材层之间的界面粘接力，但过多的粘接剂可能堵住基材层的孔隙，导致透气度下降，所以一般控制粘接剂的重量含量在5％以内。
根据本申请的一些实施方式，第二层进一步包括分散剂，以第二层的重量计，分散剂的重量百分含量小于或等于1％。在一些实施例中，分散剂包括羧甲基纤维素钠(CMC)。在一些实施例中，分散剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。
根据本申请的一些实施方式，第二层的厚度为1μm至5μm。在一些实施例中，第二层的厚度为1μm至2μm。
根据本申请的一些实施方式，第三层包括第二无机颗粒和第二粘接剂，以第三层的重量计，第二无机颗粒的重量百分含量大于或等于95％，第二粘接剂的重量百分含量小于或等于5％。若提高第二粘接剂用量，可以提升第三层与第二层之间的界面粘接力，但过多的粘接剂可能堵住基材层的孔隙，导致透气度下降，所以一般控制粘接剂的重量含量在5％以内。
根据本申请的一些实施方式，第三层进一步包括分散剂，以第三层的重量计，分散剂的重量百分含量小于或等于1％。在一些实施例中，分散剂包括羧甲基纤维素钠(CMC)。在一些实施例中，分散剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。
根据本申请的一些实施方式，第三层的厚度为1μm至5μm。在一些实施例中，第三层的厚度为1μm至2μm。
根据本申请的一些实施方式，第二层和第三层可以通过涂布涂层的方式实现。在一些实施例中，可以通过一次双层涂布实现，或通过两次单层涂布来进行。
可用于本申请的实施例中使用的隔离膜的基材层的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜的基材层包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。
根据本申请的一些实施方式，隔离膜的基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。具体地，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
在第二方面，本申请提供一种电化学装置，包括电极组件，电极组件包括第一极片、第二极片和根据第一方面的隔离膜，其中，隔离膜叠置于第一极片和第二极片之间，第一层与第一极片相接。
根据本申请的一些实施方式，电化学装置的电极组件包括第一极片、第二极片和位于第一极片和第二极片之间的隔离膜，其中隔离膜包括基材层和设置于基材层的表面的第一层。在电化学装置内部温度T＞P1条件下，产气较多，气体积累将造成电化学装置变形，第一极片与隔离膜之间的界面承受剥离力F。当剥离力F大于第一极片与隔离膜之间的界面粘接力，第一层的至少一部分将从隔离膜基材层表面剥离，转移到第一极片表面，同时第一极片与隔离膜之间的界面打开。即使出现局部的隔离膜收缩，第一层也可以作为绝缘层，降低短路接触发生的风险。在本申请的一些具体的实施方式中，隔离膜包括在隔离膜厚度方向依次层叠设置的基材层、第二层和第三层，第三层与第一极片相接触，其中，第二层包括第一无机颗粒和第一粘接剂，第三层包括第二无机颗粒和第二粘接剂。此时，在电化学装置内部温度T＞P2条件下，第三层与第一极片之间的界面粘接力F1可以维持较高水平，与第一极片保持紧密粘接；而在电化学装置内部温度T＞P1条件下，第二层与第三层之间或与基材层之间的界面粘接力F2开始降低，达到或接近0N/m，第二层会部分粘接在第三层上或粘接在基材层上，第二层与第三层或基材层之间的界面打开，第三层至少部分转移至第一极片表面。
根据本申请的一些实施方式，第一层包括第二无机颗粒，第一极片包括层叠设置的第一集流体和第一活性材料层，第一极片具有第一部分，第一部分的第一活性材料层的表面覆盖有第二无机颗粒。S1表示在t3℃测量的所述第一部分的所述第一活性材料层的表面被所述第二无机颗粒所覆盖的面积，S2表示在t4℃测量的所述第一部分的所述第一活性材料层的表面被所述第二无机颗粒所覆盖的面积，S2＞S1，t3≤30，Q1≤t4≤Q2。
根据本申请的一些实施方式，隔离膜还包括设置于基材层的表面的第五层，第一层和第五层设置于基材层的两个相对的表面，第五层与第二极片相接，第五层包括第一粘接剂和/或第二粘接剂。在本申请的一些实施例中，所述第五层包括第一粘接剂，则基材层两侧在高温下都可以打开，安全性更好。在本申请的另一些实施例中，第五层包括第二粘接剂，则在高温下更加有利于第一层的打开，也可以提升安全性。根据本申请的一些实施方式，第五层还包括第一无机颗粒和/或所述第二无机颗粒。
根据本申请的一些具体实施方式，第一极片为正极极片，第二极片为负极极片，隔离膜可以有不同的设置形式。
在一些实施方式中，在正极极片和负极极片之间依次层叠设置第三层、第二层、基材层和第五层。其中第三层包含第二粘接剂和第二无机颗粒，具有耐高温的特性；第二层包含第一粘接剂和第一无机颗粒，具有高温下粘接力低的特性；第五层包含第二粘接剂和第二无机颗粒，具有耐高温的特性。经过高温后，第三层与第二层之间的界面打开，发生剥离。
在一些实施方式中，在正极极片和负极极片之间依次层叠设置第三层、第二层、基材层和第五层。其中第三层包含第二粘接剂和第二无机颗粒，具有耐高温的特性；第二层包含第一粘接剂和第一无机颗粒，具有高温下粘接力低的特性；第五层包含第二粘接剂，具有耐高温的特性。经过高温后，第三层与第二层之间的界面打开，发生剥离。
在一些实施方式中，在正极极片和负极极片之间依次层叠设置第三层、第二层、基材层和第五层。其中第三层包含第二粘接剂和第二无机颗粒，具有耐高温的特性；第二层包含第一粘接剂和第一无机颗粒，具有高温下粘接力低的特性；第五层包含第一粘接剂，具有高温下粘接力低的特性。经过高温后，第三层与第二层之间的界面打开，发生剥离。
在第三方面，本申请提供一种电子装置，包括第二方面的电化学装置。
本申请通过选择含有特定结构的隔离膜，使得采用该隔离膜的电化学装置能够在不合理温度条件下保持无机颗粒涂层覆盖极片表面，避免短路接触发生，在不损失电性能的前提下，提高电化学装置安全性能。本申请提供的隔离膜属于新的安全技术，从隔离膜涂层设计上提升电化学装置安全，避免使用对电性能损失较大的调整电解液提升电化学装置热稳定性方案。
附图说明
图1显示了根据本申请的一个实施方式的隔离膜的结构示意图。
图2显示了根据本申请的另一个实施方式的隔离膜的结构示意图。
图3显示了根据本申请的另一个实施方式的隔离膜的结构示意图。
图4显示了根据本申请的图1的隔离膜经过高温剥离后的结构示意图。
图5显示了根据本申请的图2的隔离膜经过高温剥离后的结构示意图。
图6显示了根据本申请的图3的隔离膜经过高温剥离后的结构示意图。
图7显示了根据本申请的第一无机颗粒或第二无机颗粒的形貌。
图8显示了根据本申请的实施例1的隔离膜的涂层的高温粘接力曲线。
图9显示了根据本申请的实施例1的隔离膜的涂层的差示扫描量热曲线。
图10显示了根据本申请的一个实施方式的卷绕式锂离子电池的结构示意图。
附图标记如下：
1、正极极片，2、第三层，3、第二层，4、基材层，5、第五层，6、负极极片，7、隔离膜，8、隔离膜，9、隔离膜，10、正极极耳，11、负极极耳，12、圆球；13、椭圆球，14、长条片，15、正方体，16、梯台。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在此所描述的有关实施例为说明性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何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，除非另有说明，“以上”、“以下”包含本数。
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)。
术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个组分或多个组分。项目B可包含单个组分或多个组分。项目C可包含单个组分或多个组分。
一、隔离膜
在第一方面，本申请提供一种隔离膜。隔离膜包括基材层和设置于基材层的表面的第一层，第一层的差示扫描量热分析曲线具有第一吸热峰和第二吸热峰，其中第一吸热峰对应的温度为Q1℃，第二吸热峰对应的温度为Q2℃，100≤Q1≤130，140≤Q2≤200。
本申请的隔离膜中的第一层在温度较低时如常温下与基材层之间保持较高界面粘接力，当温度升高达到设计的温度点时，第一层与基材层之间的粘接力下降，且电化学装置在温度较高时一般副反应增多，产气增多，导致电化学装置膨胀，在界面剥离力的作用下，第一层与基材层剥离，从而降低高温下隔离膜收缩导致的短路风险。
根据本申请的一些实施方式，Q1可以为102、105、108、110、112、115、118、120、122、125、128或它们之间的任意值。在本申请的一些实施方式中，110≤Q1≤120。根据本申请的一些实施方式，Q2可以为145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195或它们之间的任意值。在本申请的一些实施方式中，140≤Q2≤170。在本申请的一些实施方式中，110≤Q1≤120，140≤Q2≤170。
根据本申请的一些实施方式，Q2-Q1≥20。在本申请的一些实施方式中，Q2-Q1的取值为21、22、23、25、30、35、45、55、65、75、85、95或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施例，20≤Q2-Q1≤60。
根据本申请的一些实施方式，F25表示在25℃测量的所述第一层与所述基材层之间的粘接力，FQ1-10表示在Q1-10℃测量的第一层与基材层之间的粘接力，-0.05N/m≤FQ1-10-F25≤0.05N/m；Ft1表示在t1℃测量的第一层与所述基材层之间的粘接力，Ft2表示在t2℃测量的第一层与所述基材层之间的粘接力，t1＞t2＞Q1-10，Ft1＜Ft2。在温度在Q1-10℃以下时，第一层与基材层之间的粘接力基本保持不变；当温度在Q1-10℃以上时，第一层与基材层之间的粘接力随温度的升高而减小，当第一层与基材层之间的粘接力减小至≤2N/m，第一层与基材层相互分离。
根据本申请的一些实施方式，F表示测量温度t℃下第一层与基材层之间的粘接力，0N/m＜F≤2N/m，Q1-10≤t≤Q2。根据本申请的一些实施方式，t为Q1-10、Q1-5、Q1、Q2或它们之间的任意值时，F≤2N/m，例如为1.8N/m、1.6N/m、1.4N/m、1.2N/m、1.0N/m、0.8N/m、0.6N/m、0.4N/m、0.2N/m、0N/m或它们之间的任意值。
根据本申请的一些实施方式，第一层包括层叠设置的第二层和第三层，并且第二层位于基材层和第三层之间，第二层包括第一无机颗粒和第一粘接剂，第三层包括第二无机颗粒和第二粘接剂。
根据本申请的一些实施方式，第一层包括依次层叠设置的第一粘结层、第四层和第二粘结层，并且第一粘结层位于基材层和第四层之间，第一粘结层包括第一粘接剂，第二粘结层包括第二粘接剂，第四层包括第二无机颗粒。
根据本申请的一些实施方式，第一无机颗粒和第二无机颗粒各自独立地选自氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、硫酸钡或勃姆石中的一种或多种。根据本申请的一些实施方式，第一无机颗粒或第二无机颗粒可以有多种形貌，例如球形、椭圆球型、长条片状、正方体以及梯台等，一般优先选择长条片状或者球形。根据本申请的一些实施方式，第一无机颗粒或第二无机颗粒的直径或高度低于5μm。
根据本申请的一些实施方式，第一粘接剂包括乙烯丙烯无规聚合物、乙丙橡胶或嵌段共聚聚丙烯中的一种或多种。第一粘接剂的熔点较低，使得包含第一粘接剂的第二层具有高温下粘接力低的特性，在一定温度(如约100℃)下包含第一粘接剂的第二层与基材层之间的界面粘接力开始降低。根据本申请的一些实施方式，第二粘接剂包括聚丙烯、乙烯丁烯共聚物、乙烯丙烯共聚物、丙烯丁烯共聚物、乙烯丙烯丁烯共聚物中的一种或多种。第二粘接剂的熔点较高，可以耐受更高的温度，使得包含第二粘接剂的第三层具有耐高温的特性。
根据本申请的一些实施方式，第一粘接剂的差示扫描量热曲线中，吸热峰对应的温度为P1℃，第二粘接剂的差示扫描量热曲线中，吸热峰对应的温度为P2℃，100≤P1≤130，140≤P2≤200。根据本申请的一些实施方式，P1为102、105、108、110、112、115、118、120、122、125、128或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施方式，P2为145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195或它们之间的任意值。在本申请的一些实施方式中，110≤P1≤120，140≤P2≤170。
根据本申请的一些实施方式，P2-P1≥20。在本申请的一些实施方式中，P2-P1的取值为25、35、45、55、65、75、85、95或它们之间的任意值。根据本申请的一些实施例，20≤P2-P1≤60。
根据本申请的一些实施方式，第二层包括第一无机颗粒和第一粘接剂，以第二层的重量计，第一无机颗粒的重量百分含量大于或等于95％，第一粘接剂的重量百分含量小于或等于5％。若提高第一粘接剂用量，可以提升第二层与基材层之间的界面粘接力，但过多的粘接剂可能堵住基材层的孔隙，导致透气度下降，所以一般控制粘接剂的重量含量在5％以内。
根据本申请的一些实施方式，第二层进一步包括分散剂，以第二层的重量计，分散剂的重量百分含量小于或等于1％。在一些实施例中，分散剂包括羧甲基纤维素钠(CMC)。在一些实施例中，分散剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。
根据本申请的一些实施方式，第二层的厚度为1μm至5μm。在一些实施例中，第二层的厚度为1μm至2μm。
根据本申请的一些实施方式，第三层包括第二无机颗粒和第二粘接剂，以第三层的重量计，第二无机颗粒的重量百分含量大于或等于95％，第二粘接剂的重量百分含量小于或等于5％。若提高第二粘接剂用量，可以提升第三层与第二层之间的界面粘接力，但过多的粘接剂可能堵住基材层的孔隙，导致透气度下降，所以一般控制粘接剂的重量含量在5％以内。
根据本申请的一些实施方式，第三层进一步包括分散剂，以第三层的重量计，分散剂的重量百分含量小于或等于1％。在一些实施例中，分散剂包括羧甲基纤维素钠(CMC)。在一些实施例中，分散剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。
根据本申请的一些实施方式，第三层的厚度为1μm至5μm。在一些实施例中，第三层的厚度为1μm至2μm。
根据本申请的一些实施方式，第二层和第三层可以通过涂布涂层的方式实现。在一些实施例中，可以通过一次双层涂布实现，或通过两次单层涂布来进行。
可用于本申请的实施例中使用的隔离膜的基材层的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔离膜的基材层包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。
根据本申请的一些实施方式，隔离膜的基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。具体地，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
二、电化学装置
本申请提供的电化学装置包括电极组件，电极组件包括第一极片、第二极片和根据第一方面的隔离膜，其中，隔离膜叠置于第一极片和第二极片之间，第一层与第一极片相接。
根据本申请的一些实施方式，电化学装置还包括容纳电极组件的壳体。
根据本申请的一些实施方式，电化学装置的电极组件包括第一极片、第二极片和位于二者之间的隔离膜，其中隔离膜包括基材层和设置于基材层的表面的第一层。在电化学装置内部温度T＞P1条件下，产气较多，气体积累在电化学装置内部将造成电化学装置变形，第一极片与隔离膜之间的界面承受剥离力F。当剥离力F大于第一极片与隔离膜之间的界面粘接力，第一层的至少一部分将从隔离膜基材层表面剥离，转移到第一极片表面，同时第一极片与隔离膜之间的界面打开。即使出现局部的隔离膜收缩，第一层也可以作为绝缘层，降低短路接触发生的风险。在本申请的一些具体的实施方式中，隔离膜包括在隔离膜厚度方向依次层叠设置的基材层、第二层和第三层，第三层与第一极片相接触，其中，第二层包括第一无机颗粒和第一粘接剂，第三层包括第二无机颗粒和第二粘接剂。此时，在电化学装置内部温度T＞P2条件下，第三层与第一极片之间的界面粘接力F1也不会有显著下降，与第一极片保持紧密粘接；而在电化学装置内部温度T＞P1条件下，第二层与第三层之间或与基材层之间的界面粘接力F2开始降低，达到或接近0N/m，第二层会部分粘接在第三层上或粘接在基材层上，第二层与第三层或基材层之间的界面打开，第三层至少部分转移至第一极片表面。
根据本申请的一些实施方式，第一层包括第二无机颗粒，第一极片包括层叠设置的第一集流体和第一活性材料层，第一极片具有第一部分，第一部分的第一活性材料层的表面覆盖有第二无机颗粒。S1表示在t3℃测量的所述第一部分的所述第一活性材料层的表面被所述第二无机颗粒所覆盖的面积，S2表示在t4℃测量的所述第一部分的所述第一活性材料层的表面被所述第二无机颗粒所覆盖的面积，S2＞S1，t3≤30，Q1≤t4≤Q2。
根据本申请的一些实施方式，隔离膜还包括设置于基材层的表面的第五层，第一层和第五层设置于基材层的两个相对的表面，第五层与第二极片相接，第五层包括第一粘接剂和/或第二粘接剂。在本申请的一些实施例中，所述第五层包括第一粘接剂，则基材层两侧在高温下都可以打开，安全性更好。在本申请的另一些实施例中，第五层包括第二粘接剂，则在高温下更加有利于第一层的打开，也可以提升安全性。根据本申请的一些实施方式，第五层还包括第一无机颗粒和/或所述第二无机颗粒。
根据本申请的一些具体实施方式，第一极片为正极极片，第二极片为负极极片，隔离膜可以有不同的设置形式。
在一些实施方式中，如图1所示，在正极极片1和负极极片6之间依次层叠设置第三层2、第二层3、基材层4和第五层5，其中第三层2包含第二粘接剂和第二无机颗粒，具有耐高温的特性，第二层3包含第一粘接剂和第一无机颗粒，具有高温下粘接力低的特性，第五层5包含第二粘接剂和第二无机颗粒，具有耐高温的特性。经过高温剥离后，第三层2与第二层3之间的界面打开，发生剥离，如图4所示。
在一些实施方式中，如图2所示，在正极极片1和负极极片6之间依次层叠设置第三层2、第二层3、基材层4和第五层5，其中第三层2包含第二粘接剂和第二无机颗粒，具有耐高温的特性，第二层3包含第一粘接剂和第一无机颗粒，具有高温下粘接力低的特性，第五层5包含第二粘接剂，具有耐高温的特性。经过高温剥离后，第三层2与第二层3之间的界面打开，发生剥离，如图5所示。
在一些实施方式中，如图3所示，在正极极片1和负极极片6之间依次层叠设置第三层2、第二层3、基材层4和第五层5，其中第三层2包含第二粘接剂和第二无机颗粒，具有耐高温的特性，第二层3包含第一粘接剂和第一无机颗粒，具有高温下粘接力低的特性，第五层5包含第一粘接剂，具有高温下粘接力低的特性。经过高温剥离后，第三层2与第二层3之间的界面打开，发生剥离，如图6所示。
在一些实施例中，本申请的电化学装置包括，但不限于：所有种类的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容。在一些实施例中，所述电化学装置是锂二次电池。在一些实施例中，锂二次电池包括，但不限于：锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。
本申请的电化学装置具有更高的安全性能，能够满足应用要求。
三、电子装置
本申请进一步提供了一种电子装置，其包括本申请第二方面所述的电化学装置。
本申请的电子设备或装置没有特别限定。在一些实施例中，本申请的电子设备包括但不限于，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等。
下面以锂离子电池为例，结合实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
测试方法
1、过充测试
先以1C电流恒流将锂离子电池放电至3.0V，然后以3C电流恒流将锂离子电池充电至4.8V、5V，然后在该电压下恒压保持7h。通过该测试的标准为：锂离子电池不起火、不***。其中每组测试10支锂离子电池。
2、高温存储测试
以1C电流恒流将锂离子电池充电至4.4V，然后恒压充电至电流降低至0.05C，充电停止；把锂离子电池放在80℃高温箱中，存储24h，测试锂离子电池膨胀程度。膨胀率＝(测试后锂离子电池的厚度-测试前锂离子电池的厚度)×100％/(测试前锂离子电池的厚度)。
3、高温粘接力测试
(1)将含有涂层的隔离膜制作为成品锂离子电池。
(2)成品锂离子电池完全放电(0.5C直流放电至3.0V)，拆解后切成宽20mm、长10cm的待拉伸样品，样品置于通风橱内晾12h。样品晾干后使用双面胶粘接于20mm宽的钢板之上，并手工对待拉伸样品预拉伸1cm，使界面剥离形成180℃剥离测试方向。
(3)高温箱设置为目标温度，高温箱内温度将达到目标温度±2℃范围内并稳定5min。
(4)样品置于高温箱内，待温度达到目标温度±2℃并稳定5min，在拉力测试仪器上开始进行拉伸测试。
4、差示扫描量热分析测试
锂离子电池放电后拆解，将极片和隔离膜基材层表面的涂层通过刮粉的方法收集起来。收集到的粉末经过碳酸二甲酯(DMC)清洗后烘干，转移到坩埚中，以1℃/min的升温速率检测样品的产热和放热功率。
实施例及对比例
实施例1
1)正极极片的制备：
将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电剂Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比97：1.4：1.6混合在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，在真空搅拌机下搅拌至体系均匀，得到正极浆料。将该正极浆料涂覆于正极集流体铝箔上，将铝箔在85℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切，在85℃的真空条件下干燥4h，得到正极，也称正极极片。
2)负极极片的制备：
将负极活性材料人造石墨、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按照重量比97:2:1进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料。将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上；将铜箔在85℃下烘干，然后经过冷压、裁片、分切后，在120℃的真空条件下干燥12小时，得到负极，也称负极极片。
3)隔离膜的制备：
参见图1，在基材层4靠近正极极片1的一侧表面依次涂覆第二层3和第三层2，在基材层4靠近负极极片6的一侧表面涂覆第五层5。其中，
基材层4为7μm厚的聚乙烯；
第二层3的组成为：第一粘接剂：分散剂：第一无机颗粒＝5％:1％:94％(质量比)；第一粘接剂为乙烯丙烯聚合物，分散剂为羧甲基纤维素钠，第一无机颗粒为氧化铝，溶剂为去离子水。该涂层厚度为1μm至2μm；
第三层2的组成为：第二粘接剂:第二无机颗粒＝4％：96％(质量比)；第二粘接剂为聚偏氟乙烯-六氟乙烯共聚物(PVDF-HFP)，第二无机颗粒为氧化铝，溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。该涂层厚度1μm至2μm；
第五层5的组成为：第二粘接剂:第二无机颗粒＝4％：96％(质量比)；第二粘接剂为聚偏氟乙烯-六氟乙烯共聚物(PVDF-HFP)，第二无机颗粒为氧化铝，溶剂为吡咯烷酮。该涂层厚度1μm至2μm。
4)电解液：
在干燥的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)按照3:4:3的质量比进行混合均匀，并加入4％氟代碳酸乙烯酯(FEC)，溶解并充分搅拌后加入锂盐LiPF6，混合均匀，得到电解液。其中，LiPF6的浓度为1.05mol/L。
5)成品锂离子电池的制备方法：
将正极、隔离膜、负极按顺序叠好，使隔离膜处于正极、负极之间起到隔离的作用，然后卷绕，焊接极耳后，置于外包装箔铝塑膜中，注入上述制备好的电解液，经过真空封装、静置、化成、整形、容量测试等工序，获得锂离子电池。
对本实施例1的隔离膜进行高温粘接力测试，结果如图8所示，其中，F1’为第三层2与正极极片之间的界面粘接力，F2’为第二层3与第三层2之间的界面粘接力，F1’与F2’满足如下关系：
(1)T＜100℃，F1’变化较小，基本为定值15N/m；F2’变化较小，为15N/m左右；
(2)100℃≤T，F2’＝-0.47T+62；
(3)T≤130℃，F1’＝15N/m；
(4)T＞130℃，F1’＝-0.09T+27。
可以看出，当温度＞100℃，F2’开始显著降低，而F1’从130℃开始缓慢降低。
对本实施例1的隔离膜的涂层进行差示扫描量热分析测试，结果如图9所示。可以看出，在差示扫描量热曲线中，具有两个吸热峰，其中第一吸热峰对应的温度为120℃，第二吸热峰对应的温度为160℃。
对本实施例1制备的锂离子电池进行拆解，发现该电池经过充后，无机颗粒明显转移到正极极片表面。
实施例2-7
与实施例1的锂离子电池的制备方法一致，不同在于，仅调整隔离膜中第一粘接剂和第二粘接剂的种类。具体见表1。
对比例1
与实施例1的锂离子电池的制备方法一致，不同在于，仅在隔离膜的基材层靠近正极极片1的一侧表面涂覆涂层，其组成为：
第二粘接剂为聚偏氟乙烯，第二无机颗粒为氧化铝，第二粘接剂:第二无机颗粒＝4％：96％(质量比)；溶剂为吡咯烷酮。该涂层厚度为3μm。
对本对比例1制备的锂离子电池进行拆解，发现该电池经过充后，无机颗粒并未明显转移到正极极片表面。
对比例2
与实施例1的锂离子电池的制备方法一致，不同在于，仅调整隔离膜中第一粘接剂和第二粘接剂的种类。具体见表1。
对比例3
与实施例1的锂离子电池的制备方法一致，不同在于，仅在隔离膜的基材层靠近正极极片1的一侧表面涂覆涂层，其组成为：
第一粘结剂为乙烯醋酸乙烯树脂，第一无机颗粒为氧化铝，第一粘接剂:第一无机颗粒颗粒＝4％：96％(质量比)；溶剂为吡咯烷酮。该涂层厚度为3μm。
测试结果
测试结果参见表1。
表1
Figure BDA0003311224330000201
对比例1和对比例2只有耐高温的第三层，隔离膜和极片界面难以打开，散热效果较差，过充通过率较低。对比例3只有高温低粘接的第二层，界面分离不均匀，极片表面没有无机颗粒保护，虽然3C 4.8V过充通过率略提升，但3C 5V过充通过率仍较低，且80℃存储界面分离导致电化学装置膨胀率大幅增大。实施例2和实施例6是高温低粘接的第二层和耐高温的第三层的组合设计，耐高温的第三层与高温低粘接的第二层熔点差距小于20℃，出现两层界面同步剥离，过充通过率有提升，但3C 5V过充通过率仍有提升的空间。实施例4是高温低粘接的第二层和耐高温的第三层的组合设计，耐高温的第三层与高温低粘接的第二层熔点差距大于60℃，出现界面剥离不理想，第三层与极片粘结力较低，过充通过率有提升，但3C 5V过充通过率仍有提升的空间。实施例1、实施例3、实施例4、实施例5、实施例7是较优选组合，高温低粘接的第二层分离散热的同时，耐高温的第三层牢固粘接在极片表面，涂层转移至极片表面防止短路，3C 5V过充通过率较高且80℃存储膨胀无显著增加。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (11)

1.一种隔离膜，包括基材层和设置于所述基材层的表面的第一层，所述第一层的差示扫描量热曲线具有第一吸热峰和第二吸热峰，其中第一吸热峰对应的温度为Q1℃，第二吸热峰对应的温度为Q2℃，100≤Q1≤130，140≤Q2≤200。
2.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，F25表示在25℃测量的所述第一层与所述基材层之间的粘接力，FQ1-10表示在Q1-10℃测量的所述第一层与所述基材层之间的粘接力，-0.05N/m≤FQ1-10-F25≤0.05N/m；Ft1表示在t1℃测量的所述第一层与所述基材层之间的粘接力，Ft2表示在t2℃测量的所述第一层与所述基材层之间的粘接力，t1＞t2＞Q1-10，Ft1＜Ft2；和/或
F表示测量温度t℃下所述第一层与所述基材层之间的粘接力，0N/m＜F≤2N/m，Q1-10≤t≤Q2。
3.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，20≤Q2-Q1≤60。
4.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述第一层包括层叠设置的第二层和第三层，并且所述第二层位于所述基材层和所述第三层之间，所述第二层包括第一无机颗粒和第一粘接剂，所述第三层包括第二无机颗粒和第二粘接剂。
5.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述第一层包括依次层叠设置的第一粘结层、第四层和第二粘结层，并且所述第一粘结层位于所述基材层和所述第四层之间，所述第一粘结层包括第一粘接剂，所述第二粘结层包括第二粘接剂，所述第四层包括第二无机颗粒。
6.根据权利要求4或5所述的隔离膜，其中，所述第一无机颗粒和所述第二无机颗粒各自独立地选自氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、硫酸钡或勃姆石中的一种或多种。
7.根据权利要求4或5所述的隔离膜，其中，
所述第一粘接剂包括乙烯丙烯无规聚合物、乙丙橡胶或嵌段共聚聚丙烯中的一种或多种；
所述第二粘接剂包括聚丙烯、乙烯丁烯共聚物、乙烯丙烯共聚物、丙烯丁烯共聚物或乙烯丙烯丁烯共聚物中的一种或多种。
8.一种电化学装置，包括电极组件，所述电极组件包括第一极片、第二极片和根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述隔离膜叠置于所述第一极片和所述第二极片之间，所述第一层与所述第一极片相接。
9.根据权利要求8所述的电化学装置，其中，所述第一层包括第二无机颗粒，所述第一极片包括层叠设置的第一集流体和第一活性材料层，所述第一极片具有第一部分，所述第一部分的所述第一活性材料层的表面覆盖有所述第二无机颗粒，
S1表示在t3℃测量的所述第一部分的所述第一活性材料层的表面被所述第二无机颗粒所覆盖的面积，S2表示在t4℃测量的所述第一部分的所述第一活性材料层的表面被所述第二无机颗粒所覆盖的面积，S2＞S1，t3≤30，Q1≤t4≤Q2。
10.根据权利要求8所述的电化学装置，其中，所述隔离膜还包括设置于所述基材层的表面的第五层，所述第一层和所述第五层分别设置于所述基材层的两个相对的表面，所述第五层与所述第二极片相接，所述第五层包括所述第一粘接剂和/或所述第二粘接剂。
11.一种电子装置，包括根据权利要求8至10中任一项所述的电化学装置。
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