隔膜、包括其的电化学装置和电子装置的制作方法

本申请涉及储能，尤其涉及一种隔膜、包括其的电化学装置和电子装置。

背景技术：

1、电池被广泛用于消费类电子产品，例如手机、笔记本电脑、相机等，或者储能类产品，例如家庭储能、储能电站、ups电源等，以及新能源汽车等领域。随着产品市场的不断扩大，对电池的性能和生产成本提出了更高的要求。

2、现有技术中的电池，例如锂离子电池，通常包括正极、负极、隔膜和电解液，其中，隔膜在将正负极隔开，避免正负极短接的同时，为电解液中离子的迁移提供通道，以保证充放电的正常进行。通常情况下，隔膜由基膜和覆盖在基膜表面的涂层构成，涂层中通常包含无机颗粒，以提高隔膜整体的耐热性，抑制隔膜在高温下的热收缩，从而提高电池的热安全性。

3、然而，本申请的发明人研究发现，由于基膜的材料主要包括聚烯烃等与电解液亲和性不佳的物质，而涂层中的无机颗粒与电解液的亲和性较好，这导致电解液在基膜和涂层之间的界面存在较大的亲和性差异，从而影响电解液在基膜和涂层之间的浸润，进而影响锂离子的传输，降低电池的动力学性能。

4、因此，有必要提供一种对电解液具有良好亲和性和浸润性的隔膜，以降低隔膜的离子传输阻抗，提升电化学装置的动力学性能。

技术实现思路

1、在本申请的第一方面，提供一种隔膜，所述隔膜包括基材层、碳材料层和覆盖层，所述碳材料层布置在所述基材层和所述覆盖层之间，其中，所述碳材料层包含碳材料，且所述覆盖层包含无机颗粒。由于碳材料层对电解液具有比基材层更好的亲和性，而覆盖层对电解液具有比碳材料层更好的亲和性，使得碳材料层可以在基材层和覆盖层之间形成亲和梯度，由此促进了电解液在覆盖层和基材层之间的浸润，从而可以降低离子传输阻抗，提升电化学装置的动力学性能。

2、根据本申请的一些实施方式，所述基材层配置为与第一电解液的接触角为α1，所述碳材料层配置为与所述第一电解液的接触角为β1，所述覆盖层配置为与所述第一电解液的接触角为γ1，在一些实施方式中，α1＞β1＞γ1；在一些实施方式中，α1的范围为30°~60°；在一些实施方式中，β1的范围为7°~25°；在一些实施方式中，γ1的范围为3°~6°。所述第一电解液由六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯组成，并且其中，六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯的质量比为5.7:10:10:20。

3、根据本申请的一些实施方式，基于所述碳材料层的重量计，所述碳材料的含量为10重量%至95重量%。进一步地，根据本申请的一些实施方式，基于所述碳材料层的重量计，所述碳材料的含量为25重量%至85重量%。

4、根据本申请的一些实施方式，所述碳材料层的厚度为20nm至5μm。

5、根据本申请的一些实施方式，所述碳材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯或碳纤维中的至少一种。

6、进一步地，根据本申请的一些实施方式，所述碳材料层包含碳纳米管。进一步地，根据本申请的一些优选实施方式，所述碳材料层包含氧化炭黑或氧化碳纳米管。

7、根据本申请的一些实施方式，所述碳材料层还包含第一粘结剂，基于所述碳材料层的重量计，所述第一粘结剂的含量为5重量%至95重量%。

8、根据本申请的一些实施方式，所述基材层包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。

9、根据本申请的一些实施方式，基于所述覆盖层的重量计，所述无机颗粒的含量为40重量%至95重量%。

10、根据本申请的一些实施方式，所述覆盖层还包括第二粘结剂，基于所述覆盖层的重量计，所述第二粘结剂的含量为5重量%至60重量%。

11、根据本申请的一些实施方式，所述无机颗粒包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。

12、根据本申请的一些实施方式，所述第一粘结剂包括丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物或丙烯酸酯类聚合物中的至少一种。

13、根据本申请的一些实施方式，所述第二粘结剂包括聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物或丙烯酸酯类聚合物中的至少一种。

14、根据本申请的一些实施方式，所述基材层的厚度为3μm至20μm。根据本申请的一些实施方式，所述覆盖层的厚度为500nm至5μm。

15、根据本申请的一些实施方式，所述碳材料的表面包含杂原子，所述杂原子包括氧原子或氮原子中的至少一种。

16、在一些实施方式中，基于所述碳材料的重量计，所述杂原子的含量为5重量%至20重量%。进一步地，在一些实施方式中，基于所述碳材料的重量计，所述杂原子的含量为5重量%至10重量%。

17、根据本申请的一些实施方式，所述基材层的孔隙率为20%至60%。

18、根据本申请的一些实施方式，所述隔膜的离子阻抗小于或等于0.6ω。

19、根据本申请的一些实施方式，所述隔膜的电解液延伸长度为11mm至18mm。进一步地，根据本申请的一些实施方式，所述隔膜的电解液延伸长度为15mm至18mm。

20、在本申请的第二方面，提供了一种电化学装置，其包括根据本申请第一方面所述的隔膜，所述电化学装置包括正极、负极、第二电解液和根据本申请第一方面所述的隔膜。

21、根据本申请的一些实施方式，所述电化学装置中的所述基材层与所述第二电解液的接触角为α2，所述碳材料层与所述第二电解液的接触角为β2，所述覆盖层与所述第二电解液的接触角为γ2，在一些实施方式中，α2＞β2＞γ2；在一些实施方式中，α2的范围为30°~60°；在一些实施方式中，β2的范围为7°~25°；在一些实施方式中，γ2的范围为3°~6°。

22、在本申请的第三方面，提供了一种电子装置，其包括根据本申请第二方面所述的电化学装置。

技术特征：

1.一种隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基材层、碳材料层和覆盖层，所述碳材料层布置在所述基材层和所述覆盖层之间，其中，所述碳材料层包含碳材料，且所述覆盖层包含无机颗粒。

2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述基材层配置为与第一电解液的接触角为α1，所述碳材料层配置为与所述第一电解液的接触角为β1，所述覆盖层配置为与所述第一电解液的接触角为γ1，满足以下条件中的至少一者：

3.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：

4.根据权利要求3所述的隔膜，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：

5.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜的离子阻抗小于或等于0.6ω。

6.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述碳材料的表面包含杂原子，所述杂原子包括氧原子、氮原子或硫原子中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的隔膜，其特征在于，基于所述碳材料的重量计，所述杂原子的含量为5重量%至20重量%。

8.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜的电解液延伸长度为11mm至18mm。

9.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述基材层的厚度为3μm至20μm，和/或所述覆盖层的厚度为500nm至5μm。

10.一种电化学装置，包括正极、负极、第二电解液和如权利要求1至9任一项所述的隔膜。

11.根据权利要求10所述的电化学装置，其特征在于，所述基材层与所述第二电解液的接触角为α2，所述碳材料层与所述第二电解液的接触角为β2，所述覆盖层与所述第二电解液的接触角为γ2，满足以下条件中的至少一者：

12.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括根据权利要求10至11中任一项所述的电化学装置。

技术总结
本申请提供一种隔膜、包括其的电化学装置和电子装置，所述隔膜包括基材层、碳材料层和覆盖层，所述碳材料层布置在所述基材层和所述覆盖层之间，其中，所述碳材料层包含碳材料，且所述覆盖层包含无机颗粒。本申请的隔膜具有较低的离子传输阻抗，因而本申请的电化学装置具有优异的动力学性能。

技术研发人员：沈丽明,吉于成,魏增斌,孔更金
受保护的技术使用者：宁德新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14