隔离膜、电池和用电设备的制作方法

专利2025-06-13  13


本申请涉及二次电池领域,具体涉及一种隔离膜、电池和用电设备。


背景技术:

1、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。然而电池在多次循环之后,负极片发生体积膨胀,容易造成电池容量损失和安全问题。

2、公开内容

3、鉴于背景技术中存在的技术问题,本申请提供一种隔离膜,旨在解决电池循环过程中负极片发生体积膨胀造成电池容量损失和安全问题。

4、为了实现上述目的,本申请的第一方面提供了一种隔离膜,在所述隔离膜的厚度方向,所述隔离膜具有正极端和负极端,所述正极端设有多个第一开孔,所述负极端设有多个第二开孔,所述第一开孔的孔径大于所述第二开孔的孔径。

5、由此,采用本申请的隔离膜可以解决金属电池循环过程中负极片发生体积膨胀造成电池容量损失和安全问题。

6、在本申请一些实施方式中,所述第一开孔的孔径为20nm-1000μm,优选50nm-500μm。

7、在本申请一些实施方式中,所述第二开孔的孔径为20nm-500μm,优选50nm-100μm。由此,可以在提高隔离膜负极端的保液效果同时提高其致密度,从而可以解决金属电池循环过程中负极片发生体积膨胀造成电池容量损失和安全问题。

8、在本申请一些实施方式中,沿着所述负极端到所述正极端的方向,所述隔离膜中开孔的孔径依次增大。由此,可以调节电池充电过程中金属离子扩散的浓度梯度,从而使得金属离子在负极片表面均匀沉积,在降低金属枝晶产生的同时降低负极片的体积膨胀。

9、在本申请一些实施方式中,所述隔离膜内沿其高度方向设有毛细管结构,并且所述毛细管结构的一端与所述隔离膜的最下端平齐。由此,在负极片体积膨胀挤压隔离膜的过程中,利用毛细管的虹吸效应,可以将电芯底部的电解液虹吸到隔离膜内,及时补充隔离膜高度方向电解液不足的情况。

10、在本申请一些实施方式中,所述毛细管结构的长度h1≥70%h2,其中,h2为所述隔离膜的高度。由此,可以及时补充隔离膜高度方向电解液不足的情况。

11、在本申请一些实施方式中,所述隔离膜的压缩模量为5%-95%。由此,可以降低负极片体积膨胀导致电池鼓包情况,提高电池安全性能。

12、在本申请一些实施方式中,所述隔离膜为海绵体基膜。由此,可以提高保液效果,降低电池容量损失的情况。

13、在本申请一些实施方式中,所述隔离膜包括海绵体基膜和涂层,所述涂层形成在所述海绵体基膜的至少一侧,所述毛细管结构设在所述海绵体基膜中。由此,可以提高隔离膜的保液效果和强度,解决金属电池循环过程中负极片发生体积膨胀造成电池容量损失和安全问题。

14、在本申请一些实施方式中,所述海绵体基膜包括玻璃纤维、纳米纤维、聚乙烯、聚丙烯和无纺布中的至少之一。由此,可以提高保液效果,降低电池容量损失。

15、在本申请一些实施方式中,所述涂层形成在所述海绵体基膜的一侧,所述第二开孔设在所述涂层上,所述第一开孔设在所述海绵体基膜的远离所述涂层的一端。由此,可以提高隔离膜的保液效果和强度,解决金属电池循环过程中负极片发生体积膨胀造成电池容量损失和安全问题。

16、在本申请一些实施方式中,所述涂层形成在所述海绵体基膜的两侧,所述第二开孔设在位于所述负极端的所述涂层上,所述第一开孔设在所述正极端的所述涂层上。由此,可以提高隔离膜的保液效果和强度,解决金属电池循环过程中负极片发生体积膨胀造成电池容量损失和安全问题。

17、在本申请一些实施方式中,所述隔离膜包括沿其厚度方向层叠的第一隔离膜、中部隔离膜和第二隔离膜,所述第一开孔设在所述第一隔离膜上,所述第二开孔设在所述第二隔离膜上。

18、在本申请一些实施方式中,所述中部隔离膜的孔径大于所述第一开孔的孔径或所述第二开孔的孔径;和/或所述中部隔离膜的孔隙率大于所述第一隔离膜或所述第二隔离膜中的孔隙率。由此,可以提高隔离膜的保液效果,降低电池容量损失。

19、在本申请一些实施方式中,所述第一隔离膜、所述中部隔离膜和所述第二隔离膜满足以下条件中的至少之一:

20、所述第一隔离膜的孔隙率为30%-70%;

21、所述中部隔离膜的孔径为30nm-1μm;

22、所述中部隔离膜的孔隙率为40%~90%;

23、所述第二隔离膜的孔隙率为30%-70%。

24、由此,可以提高隔离膜的保液效果,降低电池容量损失。

25、本申请第二方面提供了一种电池,所述电池包括正极片、负极片和隔离膜,所述隔离膜设在所述正极片和所述负极片之间,所述隔离膜包括本申请第一方面所述的隔离膜,所述隔离膜的正极端靠近所述正极片设置,所述隔离膜的负极端靠近所述负极片设置。

26、由此,在循环充放电过程中,该电池具有容量损失小且安全性高的优势。

27、在本申请一些实施方式中,所述电池为碱金属电池,所述碱金属电池满足如下关系:h2*n2*k=es*n1*z*(c1*m1/c2/ρ),其中,es为经验参数,取值范围为5%-100%;c1为单个所述正极片的总克容量,单位为ma·h/g;m1为单个所述正极片的正极活性材料层的单位重量,单位为g/cm2;n1为单个电芯中正极片的层数;z为单个正极片涂布面数;c2为碱金属电池对应碱金属的理论克容量,单位为ma·h/g;ρ为碱金属的理论密度,单位为g/cm3;h2为单个隔离膜的厚度,单位为cm;n2为单个电芯中隔离膜的层数;k为单个隔离膜的压缩百分比。。由此,该电池在循环充放电过程中体积变化小。

28、本申请第三方面提供了一种用电设备,其包括第三方面所述的电池,所述电池用于提供电能。

29、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。


技术实现思路



技术特征:

1.一种隔离膜,其特征在于,在所述隔离膜的厚度方向,所述隔离膜具有正极端和负极端,所述正极端设有多个第一开孔,所述负极端设有多个第二开孔,所述第一开孔的孔径大于所述第二开孔的孔径。

2.根据权利要求1所述的隔离膜,其特征在于,所述第一开孔的孔径为20nm-1000μm,优选50nm-500μm。

3.根据权利要求1所述的隔离膜,其特征在于,所述第二开孔的孔径为20nm-500μm,优选50nm-100μm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的隔离膜,其特征在于,沿着所述负极端到所述正极端的方向,所述隔离膜中开孔的孔径依次增大。

5.根据权利要求1所述的隔离膜,其特征在于,所述隔离膜内沿其高度方向设有毛细管结构,并且所述毛细管结构的一端与所述隔离膜的最下端平齐。

6.根据权利要求5所述的隔离膜,其特征在于,所述毛细管结构的长度h1≥70%h2,其中,h2为所述隔离膜的高度。

7.根据权利要求5所述的隔离膜,其特征在于,所述隔离膜的压缩模量为5%-95%。

8.根据权利要求7所述的隔离膜,其特征在于,所述隔离膜为海绵体基膜。

9.根据权利要求5所述的隔离膜,其特征在于,所述隔离膜包括海绵体基膜和涂层,所述涂层形成在所述海绵体基膜的至少一侧,所述毛细管结构设在所述海绵体基膜中。

10.根据权利要8或9所述的隔离膜,其特征在于,所述海绵体基膜包括玻璃纤维、纳米纤维、聚乙烯、聚丙烯和无纺布中的至少之一。

11.根据权利要求10所述的隔离膜,其特征在于,所述涂层形成在所述海绵体基膜的一侧,所述第二开孔设在所述涂层上,所述第一开孔设在所述海绵体基膜的远离所述涂层的一端。

12.根据权利要求10所述的隔离膜,其特征在于,所述涂层形成在所述海绵体基膜的两侧,所述第二开孔设在位于所述负极端的所述涂层上,所述第一开孔设在所述正极端的所述涂层上。

13.根据权利要求1所述的隔离膜,其特征在于,所述隔离膜包括沿其厚度方向层叠的第一隔离膜、中部隔离膜和第二隔离膜,所述第一开孔设在所述第一隔离膜上,所述第二开孔设在所述第二隔离膜上。

14.根据权利要求13所述的隔离膜,其特征在于,所述中部隔离膜的孔径大于所述第一开孔的孔径或所述第二开孔的孔径;和/或

15.根据权利要求14所述的隔离膜,其特征在于,所述第一隔离膜、所述中部隔离膜和所述第二隔离膜满足以下条件中的至少之一:

16.一种电池,其特征在于,所述电池包括正极片、负极片和所述隔离膜,所述隔离膜设在所述正极片和所述负极片之间,所述隔离膜包括权利要求1-15中任一项所述的隔离膜,所述隔离膜的正极端靠近所述正极片设置,所述隔离膜的负极端靠近所述负极片设置。

17.根据权利要求16所述的电池,其特征在于,所述电池为碱金属电池,所述碱金属电池满足如下关系:

18.一种用电装置,其特征在于,包括权利要求16或17所述的电池,所述电池用于提供电能。


技术总结
本申请公开了一种隔离膜、电池和用电设备,在所述隔离膜的厚度方向,所述隔离膜具有正极端和负极端,所述正极端设有多个第一开孔,所述负极端设有多个第二开孔,所述第一开孔的孔径大于所述第二开孔的孔径。由此,采用本申请的隔离膜可以解决金属电池循环过程中负极片发生体积膨胀造成电池容量损失和安全问题。

技术研发人员:徐晓富,叶永煌,金海族
受保护的技术使用者:宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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