WO2024146548A1 - 聚合物及其制备方法、隔离膜、极片、电池及用电装置 - Google Patents

聚合物及其制备方法、隔离膜、极片、电池及用电装置 Download PDF

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康海杨
郑义
孙成栋
李雷
洪海艺
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    • C08J2333/06Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters of esters containing only carbon, hydrogen, and oxygen, the oxygen atom being present only as part of the carboxyl radical
    • C08J2333/08Homopolymers or copolymers of acrylic acid esters
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present application belongs to the field of batteries, and specifically relates to a polymer and a preparation method thereof, an isolation membrane, an electrode, a battery and an electrical device.
  • the present application provides a polymer, aiming to enhance the adhesion of battery adhesives, thereby improving the dynamic performance and safety performance of batteries containing the polymer.
  • R 3 includes a hydrogen atom or an alkyl group of 1 to 6 carbon atoms.
  • a highly polar cyano group can be contained in the polymer, which helps to improve the ionic conductivity of the polymer, thereby improving the kinetic performance of the battery.
  • the inorganic substance includes at least one of silicon oxide, aluminum oxide, calcium oxide, zinc oxide, magnesium oxide, sodium sulfate, sodium benzoate, calcium carbonate and modified materials thereof, and the inorganic substance may include at least one of silicon dioxide, aluminum oxide, zinc oxide, magnesium oxide or sodium benzoate, and more optionally, the inorganic substance may include at least one of fumed silica, silicon powder, aluminum oxide or sodium benzoate.
  • the inorganic substance includes silicon dioxide, and the particle size of the silicon dioxide is 2nm-1 ⁇ m, optionally 5nm-100nm, and more optionally 5nm-20nm.
  • the particle size of the silicon dioxide is 2nm-1 ⁇ m, optionally 5nm-100nm, and more optionally 5nm-20nm.
  • the sixth aspect of the present application provides an electric device, wherein the electric device comprises the above-mentioned battery, so that the electric device has excellent dynamic performance and safety performance.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a battery pack according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 5 is an exploded view of the battery pack shown in FIG. 4 according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an electrical device using a battery as a power source according to an embodiment of the present application.
  • “Scope” disclosed in the present application is limited in the form of lower limit and upper limit, and a given range is limited by selecting a lower limit and an upper limit, and the selected lower limit and upper limit define the boundary of a special range.
  • the scope limited in this way can be including end values or not including end values, and can be arbitrarily combined, that is, any lower limit can be combined with any upper limit to form a scope. For example, if the scope of 60-120 and 80-110 is listed for a specific parameter, it is understood that the scope of 60-110 and 80-120 is also expected.
  • the numerical range "a-b" represents the abbreviation of any real number combination between a and b, wherein a and b are real numbers.
  • the numerical range "0-5" means that all real numbers between "0-5" are listed in this document, and "0-5" is just an abbreviation of these numerical combinations.
  • a parameter is expressed as an integer ⁇ 2, it is equivalent to disclosing that the parameter is, for example, an integer of 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, etc.
  • the method includes steps (a) and (b), which means that the method may include steps (a) and (b) performed sequentially, or may include steps (b) and (a) performed sequentially.
  • the method may further include step (c), which means that step (c) may be added to the method in any order.
  • the method may include steps (a), (b) and (c), or may include steps (a), (c) and (b), or may include steps (c), (a) and (b), etc.
  • the “include” and “comprising” mentioned in this application represent open-ended or closed-ended expressions.
  • the “include” and “comprising” may represent that other components not listed may also be included or only the listed components may be included or only the listed components may be included.
  • the term "or” is inclusive.
  • the phrase “A or B” means “A, B, or both A and B”. More specifically, any of the following conditions satisfies the condition "A or B”: A is true (or exists) and B is false (or does not exist); A is false (or does not exist) and B is true (or exists); or both A and B are true (or exist).
  • Polyester polymers are usually suitable for non-fluorine-containing polymer coated isolation membranes, but existing polyester polymers have poor adaptability to battery cell manufacturing processes. For example, small particle size emulsions or suspensions have the problem of pore plugging. Polyester powders with large particle size and high glass transition temperature have problems with poor hot pressing and increased battery internal resistance.
  • the polymer disclosed in the embodiments of the present application is suitable for batteries, and the batteries disclosed in the embodiments of the present application can be used in electrical equipment that uses batteries as power sources or various energy storage systems that use batteries as energy storage elements.
  • Electrical equipment may include, but is not limited to, mobile phones, tablets, laptops, electric toys, electric tools, battery cars, electric cars, ships, spacecraft, and the like.
  • electric toys may include fixed or mobile electric toys, such as game consoles, electric car toys, electric ship toys, and electric airplane toys, and the like
  • spacecraft may include airplanes, rockets, space shuttles, and spacecraft, and the like.
  • the present application provides a polymer, wherein the polymer comprises an organic polymer and an inorganic substance, wherein the polymerization monomer of the organic polymer comprises a first monomer and a second monomer,
  • R1 includes a hydrogen atom or an alkyl group of 1 to 6 carbon atoms
  • R2 includes a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group of 1 to 21 carbon atoms, a cycloalkyl group of 3 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted isobornyl group, wherein the substituent in the substituted alkyl group of 1 to 21 carbon atoms includes a hydroxyl group
  • the second monomer contains an alkenyl group.
  • the polymers of the present application include organic polymers and inorganic substances, wherein the organic polymers are prepared by The first monomer and the second monomer containing an olefinic group are polymerized to obtain the unsaturated ester group in the first monomer, which can improve the anti-swelling ability of the polymer, and as a flexible monomer segment in the molecular segment, it can adjust the glass transition temperature of the organic polymer, improve the toughness of the polymer when applied, and help to play a good bonding role; the second monomer contains an olefinic group, which is polymerized with the first monomer to obtain an organic polymer with good bonding properties.
  • the present application combines the organic polymer obtained by polymerizing the first monomer and the second monomer with an inorganic substance to make the polymer have good bonding properties and also have a suitable glass transition temperature, which is suitable for giving full play to its bonding properties under battery operating conditions. And the combination of organic polymers and inorganic substances can improve the ionic conductivity and electrolyte resistance of the polymer, thereby improving the dynamic performance and safety performance of the battery containing it.
  • the structural formula of the first monomer includes:
  • R1 includes hydrogen atom or alkyl group of 1-6 carbon atoms
  • R2 includes hydrogen atom, substituted or unsubstituted alkyl group of 1-21 carbon atoms, cycloalkyl group of 3-6 carbon atoms, substituted or unsubstituted isobornyl group
  • the substituent in the substituted alkyl group of 1-21 carbon atoms includes hydroxyl group.
  • the unsaturated ester group in the first monomer can improve the anti-swelling ability of the polymer, and as a flexible monomer segment in the molecular segment, it can adjust the glass transition temperature of the organic polymer, improve the toughness of the polymer when applied, and help to play a good bonding effect.
  • an alkyl group with 1-6 carbon atoms can be understood as an alkyl group with 1-6 carbon atoms, such as methyl (-CH 3 ), ethyl (-CH 2 CH 3 ), n-propyl (-CH 2 CH 2 CH 3 ), isopropyl (-CH(CH 3 ) 2 ), n-butyl (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ), tert-butyl (-C(CH 3 ) 3 ), n-pentyl (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ), n-hexyl (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ), and the like.
  • a substituted or unsubstituted alkyl group with 1-21 carbon atoms wherein the substituted alkyl group with 1-21 carbon atoms can be understood as a group in which at least one hydrogen atom on the alkyl group with 1-21 carbon atoms is replaced by other groups, such as -CH 2 OH, -CH 2 CH 2 OH, -CH 2 CH 2 CH 2 OH, -CH(CH 2 OH) 2 , -CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH, -C(CH 2 OH) 3 , -CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH , etc.;
  • the unsubstituted alkyl group with 1-21 carbon atoms can be understood as a group in which at least one hydrogen atom on the alkyl group with 1-21 carbon atoms is replaced by other groups.
  • alkyl groups such as methyl (-CH 3 ), ethyl (-CH 2 CH 3 ), n-propyl (-CH 2 CH 2 CH 3 ), isopropyl (-CH(CH 3 ) 2 ), n-butyl (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ), tert-butyl (-C(CH 3 ) 3 ), n-pentyl (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ), n-hexyl (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) and the like; cycloalkyl groups having 3-6 carbon atoms, which can be understood as cycloalkyl groups having 3-6 carbon atoms, such as cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl and the like.
  • the glass transition temperature of the organic polymer can be adjusted, the toughness of the polymer when applied can be improved, and a good bonding effect can be exerted.
  • the first monomer includes at least one of methyl methacrylate, lauryl acrylate, lauryl methacrylate, or trimethylolpropane triacrylate.
  • the second monomer contains an alkenyl group.
  • the second monomer contains an alkenyl group, and the organic polymer obtained by polymerizing the second monomer with the first monomer has good bonding properties and a low glass transition temperature.
  • the structural formula of the second monomer includes:
  • R 6 , R 7 , R 8 and R 9 each independently include a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted cycloalkyl group, or a linear or branched alkyl group.
  • substituted phenyl group can be understood as a phenyl group in which at least one hydrogen on the phenyl group is replaced by other groups, such as benzyl, phenethyl, etc.
  • substituted cycloalkyl group can be understood as a group in which at least one hydrogen on the cycloalkyl group is replaced by other groups, such as cyclopropylmethyl, cyclobutylmethyl, etc.
  • the polymer containing it has good bonding properties and also has a suitable glass transition temperature, so that it is suitable for giving full play to its bonding properties under battery conditions, thereby helping to improve the dynamic performance and safety performance of the secondary battery.
  • the polymer when applied to the separator, it helps to reduce the resistance of the separator and improve the ionic conductivity of the separator, thereby improving the battery performance.
  • the second monomer includes at least one of ethylene, styrene, butadiene or isoprene. Therefore, the second monomer uses at least one of the above organic substances, which can further play a role in regulating the molecular weight, improve the bonding performance of the organic polymer, and make the organic polymer have a suitable glass transition temperature.
  • the weight ratio of the first monomer to the second monomer is 1:0.05-0.5, for example, 1:0.1-0.45, 1:0.15-0.4, 1:0.2-0.35, 1:0.25-0.3, etc.
  • the organic polymer is prepared by using the first monomer and the second monomer in this mixing ratio, and the resulting polymer has good bonding properties and a suitable glass transition temperature, so that it is suitable for giving full play to its bonding properties under battery conditions, thereby helping to improve the dynamic performance and safety performance of the secondary battery.
  • the polymer when the polymer is applied to an isolation membrane, it helps to reduce the resistance of the isolation membrane and improve the ionic conductivity of the isolation membrane, thereby improving the battery performance.
  • the weight ratio of the first monomer to the second monomer is 1:0.1-0.2.
  • the polymerized monomers of the organic polymer include a first monomer, a second monomer and a third monomer, and the third monomer includes an unsaturated nitrile group.
  • a strongly polar cyano group can be introduced into the polymer, which helps to improve the ionic conductivity of the polymer, thereby improving the kinetic performance of the battery.
  • the weight ratio of the first monomer to the second monomer and the third monomer is 1:0.05-0.5:0.01-0.8, for example, 1:0.1-0.45:0.01-0.8, 1:0.15-0.4:0.01-0.8, 1:0.2-0.35:0.01-0.8, 1:0.25-0.3:0.01-0.8, 1:0.05-0.5:0.05-0.75, 1:0.05-0.5:0.1-0.7, 1:0.05-0.5:0.15-0.65, 1:0.05-0.5:0.2-0.6, 1:0.05-0.5:0.3-0.5, 1:0.05-0.5:0.4-0.5, etc.
  • the fourth monomer includes at least one of acrylamide, N-methylol acrylamide or N-butoxymethyl acrylamide.
  • the molecular weight of the organic polymer can be adjusted and the adhesion of the polymer can be improved.
  • the fourth monomer includes at least one of acrylamide or N-methylol acrylamide.
  • the weight average molecular weight of the organic polymer can be measured by a method commonly used in the art, for example, by gel permeation chromatography according to GB/T 21863-2008.
  • the inorganic material and the organic polymer can be fully mixed, thereby improving the ionic conductivity and electrolyte resistance of the isolation membrane containing the polymer.
  • the particle size of the inorganic material is 0.01 ⁇ m-0.5 ⁇ m, and further the particle size of the inorganic material is 0.01 ⁇ m-0.2 ⁇ m.
  • the isolation film described in the present application can be prepared by conventional methods in the art.
  • the polymer described in the first aspect of the present application can be dissolved in an organic solvent to obtain a slurry, which is then coated on a base film and then dried to remove the organic solvent to obtain the isolation film described in the present application.
  • lithium-containing phosphates with an olivine structure may include, but are not limited to, at least one of lithium iron phosphate (such as LiFePO 4 (also referred to as LFP)), a composite material of lithium iron phosphate and carbon, lithium manganese phosphate (such as LiMnPO 4 ), a composite material of lithium manganese phosphate and carbon, lithium iron manganese phosphate or a composite material of lithium iron manganese phosphate and carbon.
  • lithium iron phosphate such as LiFePO 4 (also referred to as LFP)
  • LiMnPO 4 lithium manganese phosphate
  • the positive electrode active material may be a positive electrode active material for a sodium ion battery known in the art.
  • the positive electrode active material may include but is not limited to at least one of a layered transition metal oxide, a polyanion compound, and a Prussian blue analog.
  • polyanionic compound examples include:
  • M 5 comprises at least one of Mn, Fe, Co, Ni, Cu or Zn, 0 ⁇ p ⁇ 2, 0 ⁇ q ⁇ 2;
  • the positive electrode active material layer may also optionally include other binders.
  • the other binders may include at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, or fluorine-containing acrylate resin.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer
  • the positive electrode sheet can be prepared in the following manner: the components for preparing the positive electrode sheet, such as the positive electrode active material, the conductive agent, the polymer and any other components are dispersed in a solvent (such as N-methylpyrrolidone) to form a positive electrode slurry; the positive electrode slurry is coated on the positive electrode collector, and after drying, cold pressing and other processes, the positive electrode sheet can be obtained.
  • a solvent such as N-methylpyrrolidone
  • the mass proportion of the polymer in the positive electrode sheet is 1%-3%, such as 1.2%-2.8%, 1.5%-2.5%, 1.8%-2.2%, 2%-2.2%, etc.
  • the shedding of the positive electrode sheet can be reduced, thereby improving the kinetic performance of the battery containing it.
  • the electrode sheet described in the present application may also be a negative electrode sheet.
  • the negative electrode sheet includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on at least one surface of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer includes the polymer described in the first aspect of the present application or a polymer obtained by the method described in the second aspect of the present application. Specifically, the polymer can be used as a binder in the negative electrode active material layer.
  • the negative electrode current collector has two surfaces facing each other in its thickness direction, and the negative electrode active material layer is disposed on either or both of the two facing surfaces of the negative electrode current collector.
  • the negative electrode current collector may be a metal foil or a composite current collector.
  • the metal foil copper foil may be used.
  • the composite current collector may include a polymer material base layer and a The composite current collector can be formed by forming a metal material (copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, titanium, titanium alloy, silver and silver alloy, etc.) on a polymer material substrate (such as polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polystyrene (PS), polyethylene (PE), etc.).
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PS polystyrene
  • PE polyethylene
  • the negative electrode active material may adopt the negative electrode active material for the battery known in the art.
  • the negative electrode active material may include at least one of the following materials: artificial graphite, natural graphite, soft carbon, hard carbon, silicon-based materials, tin-based materials and lithium titanate, etc.
  • the silicon-based material may include at least one of elemental silicon, silicon oxide compounds, silicon-carbon composites, silicon-nitrogen composites or silicon alloys.
  • the tin-based material may include at least one of elemental tin, tin oxide compounds or tin alloys.
  • the present application is not limited to these materials, and other traditional materials that can be used as negative electrode active materials for batteries can also be used. These negative electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.
  • the negative electrode active material layer may further include a conductive agent, which may include at least one of superconducting carbon, acetylene black, carbon black, Ketjen black, carbon dots, carbon nanotubes, graphene, or carbon nanofibers.
  • a conductive agent which may include at least one of superconducting carbon, acetylene black, carbon black, Ketjen black, carbon dots, carbon nanotubes, graphene, or carbon nanofibers.
  • the negative electrode active material layer may further optionally include other binders.
  • the other binders may be selected from at least one of styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylic acid (PAA), sodium polyacrylate (PAAS), polyacrylamide (PAM), polyvinyl alcohol (PVA), sodium alginate (SA), polymethacrylic acid (PMAA) or carboxymethyl chitosan (CMCS).
  • the negative electrode active material layer may further optionally include other additives, such as a thickener (such as sodium carboxymethyl cellulose (CMC-Na)).
  • a thickener such as sodium carboxymethyl cellulose (CMC-Na)
  • the negative electrode sheet can be prepared in the following manner: the above-mentioned components for preparing the negative electrode sheet, such as the negative electrode active material, the conductive agent, the polymer and other optional components are dispersed in a solvent (such as deionized water) to form a negative electrode slurry; the negative electrode slurry is coated on the negative electrode collector, and after drying, cold pressing and other processes, the negative electrode sheet can be obtained.
  • a solvent such as deionized water
  • the fifth aspect of the present application provides a battery, wherein the battery comprises the isolation membrane of the third aspect and/or the pole piece of the fourth aspect, so that the battery has excellent dynamic performance and safety performance.
  • the battery cell may include an outer packaging, which may be used to encapsulate the electrode assembly and the electrolyte.
  • the outer packaging of the battery cell may be a hard shell, such as a hard plastic shell, an aluminum shell, a steel shell, etc.
  • the outer packaging of the battery cell may also be a soft package, such as a bag-type soft package.
  • the material of the soft package may be plastic, and examples of the plastic include polypropylene, polybutylene terephthalate, and polybutylene succinate.
  • FIG1 is a battery cell 1 of a square structure as an example.
  • battery cells may be assembled into a battery module.
  • the number of battery cells contained in the battery module may be one or more, and the specific number may be selected by those skilled in the art according to the application and capacity of the battery module.
  • the battery module 2 may further include a housing having a receiving space, and the plurality of battery cells 1 are received in the receiving space.
  • the battery modules described above may also be assembled into a battery pack.
  • the battery pack may contain one or more battery modules, and the specific number may be selected by those skilled in the art according to the application and capacity of the battery pack.
  • FIG4 and FIG5 are battery packs 3 as an example.
  • the battery pack 1 may include a battery box and a plurality of battery modules 2 disposed in the battery box.
  • the battery box includes an upper box body 31 and a lower box body 32, and the upper box body 31 can be covered on the lower box body 32 to form a closed space for accommodating the battery modules 2.
  • the plurality of battery modules 2 can be arranged in the battery box in any manner.
  • the present application also provides an electrical device, which includes the battery provided in the present application.
  • the battery cell, battery module, or battery pack can be used as a power source for the electrical device, and can also be used as an energy storage unit for the electrical device.
  • the electrical device may include mobile devices (such as mobile phones, laptops, etc.), electric vehicles (such as pure electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, electric bicycles, electric scooters, electric golf carts, electric trucks, etc.), electric trains, ships and satellites, energy storage systems, etc., but are not limited thereto.
  • a battery cell, a battery module or a battery pack may be selected according to its usage requirements.
  • Fig. 6 is an example of an electric device.
  • the electric device is a pure electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle, etc.
  • a battery pack or a battery module may be used.
  • a device may be a mobile phone, a tablet computer, a notebook computer, etc. Such a device is usually required to be light and thin, and a battery cell may be used as a power source.
  • the required monomers are stirred and mixed in a proportion of 25wt% of methyl methacrylate, 55wt% of n-butyl acrylate, 2wt% of acrylic acid, 3wt% of hydroxyethyl acrylate, 5wt% of trimethylolpropane triacrylate and 10wt% of styrene.
  • the required monomers were stirred and mixed evenly according to the weight percentage of methyl methacrylate 25wt%, n-butyl acrylate 48wt%, acrylic acid 2wt%, hydroxyethyl acrylate 3wt%, trimethylolpropane triacrylate 5wt%, and styrene 17wt%.
  • 1000g of mixed monomers, 30g of sodium dodecyl sulfate emulsifier, 10g of ammonium persulfate initiator, and 1200g of deionized water were added to a 5000mL four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a thermometer, and a condenser, and emulsified at high speed for 30min. Under nitrogen protection, the temperature was raised to 75°C for reaction for 4h, the pH was adjusted to 6-8, and the temperature was lowered to below 40°C to obtain an organic polymer 3.
  • the polymer 3 is dispersed in water to obtain slurry, and then the slurry is coated on a base film (PE base film), and then water is removed by dry weight to obtain a separator 3.
  • a base film PE base film
  • the polymer 4 is dispersed in water to obtain slurry, and then the slurry is coated on a base film (PE base film), and then the water is removed by dry weight to obtain the isolation film 4.
  • a base film PE base film
  • the required monomers are stirred and mixed uniformly according to the weight percentage of methyl methacrylate 28.5wt%, n-butyl acrylate 56.5wt%, acrylic acid 2wt%, hydroxyethyl acrylate 3wt%, trimethylolpropane triacrylate 5wt%, styrene 4wt%, and acrylonitrile 1wt%.
  • the required monomers are stirred and mixed uniformly according to the weight percentage of methyl methacrylate 15wt%, n-butyl acrylate 45wt%, acrylic acid 2wt%, hydroxyethyl acrylate 3wt%, trimethylolpropane triacrylate 5wt%, styrene 10wt%, and acrylonitrile 20wt%.
  • the polymer 7 is dispersed in water to obtain slurry, and then the slurry is coated on a base film (PE base film), and then the water is removed by dry weight to obtain the isolation film 7.
  • a base film PE base film
  • the polymer 17 is dispersed in water to obtain slurry, and then the slurry is coated on a base film (PE base film), and then the water is removed by dry weight to obtain the isolation film 17.
  • a base film PE base film
  • the polymer 11 is dispersed in water to obtain a slurry, and then the slurry is coated on a base film (PE base film). After that, the water is removed by drying to obtain the isolation film 21.
  • the polymer 23 is dispersed in water to obtain slurry, and then the slurry is coated on a base film (PE base film), and then the water is removed by dry weight to obtain the isolation film 24.
  • a base film PE base film
  • the required monomers were stirred and mixed evenly according to the weight percentage of methyl methacrylate 15wt%, butyl acrylate 78wt%, acrylic acid 2wt%, trimethylolpropane triacrylate 5wt%.
  • 1000g of mixed monomers, 30g of sodium dodecyl sulfate emulsifier, 10g of ammonium persulfate initiator, 1200g of deionized water were added to a 5000mL four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a thermometer and a condenser, and emulsified at high speed for 30min. Under nitrogen protection, the temperature was raised to 75°C for reaction for 4h, the pH was adjusted to 6-8, and the temperature was lowered to below 40°C to obtain an organic polymer 25.
  • the polyvinylidene fluoride binder is fully dissolved in N-methylpyrrolidone, and carbon black conductive agent and positive electrode active material LiNi 0.7 Co 0.2 Mn 0.1 O 2 are added to prepare a uniformly dispersed positive electrode slurry (the mass ratio of polyvinylidene fluoride binder, carbon black conductive agent and positive electrode active material is 3:2:95).
  • the positive electrode slurry is evenly coated on the upper and lower surfaces of the aluminum foil, and then transferred to a vacuum drying oven for complete drying. The obtained electrode sheet is rolled and then punched to obtain the positive electrode sheet.
  • the carbon nanotube material and the binder sodium carboxymethyl cellulose are added to water in a mass ratio of 4:1.6 and stirred to form a uniform negative electrode slurry.
  • the negative electrode slurry is coated on the upper and lower surfaces of the copper foil, and then transferred to a vacuum drying oven for complete drying, and then punched to obtain a negative electrode sheet.
  • sodium salt lithium hexafluorophosphate NaPF 6 was dissolved in an organic solvent ethylene glycol dimethyl ether DME and stirred evenly to obtain an electrolyte with a lithium salt concentration of 1 mol/L.
  • isolation films prepared in the above examples and comparative examples were used as isolation films.
  • the positive electrode sheet, the separator, and the negative electrode sheet are stacked in order, so that the separator is in the middle of the positive and negative electrode sheets to isolate the positive and negative electrodes, and the bare battery cell is wound and welded.
  • the tabs are placed in the outer packaging, and the prepared electrolyte is injected into the dried battery cell.
  • the lithium-ion battery is prepared by packaging, standing, forming, shaping, and capacity testing.
  • the cycle capacity retention rate of lithium-ion batteries is determined by the following method:

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Abstract

本申请公开了一种聚合物及其制备方法、隔离膜、极片、电池及用电装置,所述聚合物包括有机聚合物和无机物,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体和第二单体,所述第一单体的结构式包括:(I) 其中,R1包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R2包括氢原子、取代或未取代的1-21个碳原子的烷基、3-6个碳原子的环烷基、取代或未取代的异冰片基,所述取代的1-21个碳原子的烷基中的取代基包括羟基,所述第二单体含有烯基。

Description

聚合物及其制备方法、隔离膜、极片、电池及用电装置 技术领域
本申请属于电池领域,具体涉及一种聚合物及其制备方法、隔离膜、极片、电池及用电装置。
背景技术
近年来,随着电池的应用范围越来越广泛,电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统,以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域,然而,现有技术中使用的电池粘结剂存在粘结性能差的问题,进而导致不能有效粘结电池部件,从而恶化电池的动力学性能并引发安全问题。
发明内容
鉴于背景技术中存在的技术问题,本申请提供一种聚合物,旨在提升电池粘接剂的粘接性,从而改善含有该聚合物的电池的动力学性能和安全性能。
为了实现上述目的,本申请一个方面提供了一种聚合物,所述聚合物包括:有机聚合物和无机物,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体和第二单体,
所述第一单体的结构式包括:
其中,R1包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R2包括氢原子、取代或未取代的1-21个碳原子的烷基、3-6个碳原子的环烷基、取代或未取代的异冰片基,所述取代的1-21个碳原子的烷基中的取代基包括羟基,所述第二单体含有烯基。
本申请至少包括如下所述的有益效果:本申请的聚合物包括有机聚合物和无机物,所得到的聚合物具备良好的粘结性能,同时也具备适宜的玻璃化转变温度,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于改善电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述第一单体与所述第二单体的重量比为1:0.05-0.5,可选为1:0.1-0.2。由此,可以使得聚合物具备良好的粘结性能以及适宜的玻璃化转变温度。
在本申请一些实施方式中,所述第一单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、庚烯酸、 衣康酸、马来酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸三甲胺乙酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种,可选地,所述第一单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。由此,可以改善聚合物在施用时的韧性,更有助于发挥良好的粘结作用。
在本申请一些实施方式中,所述第二单体的结构式包括:
其中,R6、R7、R8、R9各自独立地包括氢原子、取代或未取代的苯基、取代或未取代的环烷基、直链或支链的烷基。由此,可以提高聚合物粘接性和耐电解液性,进而有助于改善电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述第二单体包括乙烯、苯乙烯、丁二烯或异戊二烯中的至少一种。由此,可以提高聚合物粘接性和耐电解液性,进而有助于改善电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体、第二单体和第三单体,所述第三单体包括不饱和腈基。由此,采用包括不饱和氰基的第三单体,可以在聚合物中含有强极性的氰基基团,有助于提高聚合物的离子电导率,从而提高电池的动力学性能。
在本申请一些实施方式中,所述第三单体的结构式为:
其中,R3包括氢原子或1-6个碳原子的烷基。由此,可以在聚合物中含有强极性的氰基基团,有助于提高聚合物的离子电导率,从而提高电池的动力学性能。
在本申请一些实施方式中,所述第三单体包括丙烯腈、甲基丙烯腈或乙基丙烯腈中的至少一种,可选为丙烯腈或甲基丙烯腈中的至少一种。由此,有助于提高聚合物的离子电导率,从而提高电池的动力学性能。
在本申请一些实施方式中,所述第一单体和所述第二单体、所述第三单体的重量比为1:0.05-0.5:0.01-0.8,可选为1:0.1-0.2:0.05-0.6。由此,使得所获得的聚合物具有良好的粘结性能,同时也具备适宜的玻璃化转变温度,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于提升二次电池的动力学性能和安全性能。此外,当所述聚合物应用于隔离膜时,有助于降低隔离膜的电阻,提升隔离膜的离子电导率,从而改善电池性能。
在本申请一些实施方式中,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体、第二单体、第三单体和第四单体,所述第四单体包括不饱和酰胺基。由此,第四单体可以调整有机聚合物分子量,改善有机聚合物的粘接性。
在本申请一些实施方式中,所述第四单体的结构式包括:
其中,R4包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R5包括氢原子、羟基取代的1-6个碳原子的烷基或1-6个碳原子的烷氧基。由此,可以改善聚合物的耐电解液性。
在本申请一些实施方式中,所述第四单体包括丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N-丁氧基甲基丙烯酰胺中的至少一种,可选为丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。由此,可以改善聚合物的耐电解液性。
在本申请一些实施方式中,所述第一单体与第二单体、第三单体、第四单体的重量比为1:0.05-0.5:0.01-0.8:0.05-0.7,可选为1:0.1-0.2:0.05-0.6:0.1-0.5。由此,使得含有该聚合物的隔离膜的电阻更低,提升隔离膜的离子电导率,改善电池性能。
在本申请一些实施方式中,所述无机物的粒径为0.0001μm-2μm,可选的所述无机物的粒径为0.01μm-0.5μm,更可选的所述无机物的粒径为0.01μm-0.2μm。由此,可以使得无机物与有机聚合物充分混合,从而提高含有该聚合物隔离膜的离子电导率和耐电解液性。
在本申请一些实施方式中,所述无机物附着在所述有机聚合物的表面和/或分散在所述有机聚合物的内部。由此,以有机聚合物为骨架,无机物可以同时分散在有机聚合物内部和表面,也可以只分布在有机聚合物内部,还可以只分布在有机聚合物的表面,使得所述聚合物适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于改善电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述无机物包括硅的氧化物、铝的氧化物、钙的氧化物、锌的氧化物、镁的氧化物、硫酸钠、苯甲酸钠、碳酸钙及其改性材料中的至少一种,可选为所述无机物包括二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化镁或苯甲酸钠中的至少一种,更可选的所述无机物包括气相法二氧化硅、硅微粉、氧化铝或苯甲酸钠中的至少一种。由此,可 以提高含有该聚合物隔离膜的离子电导率和耐电解液性。
在本申请一些实施方式中,所述无机物包括二氧化硅,所述二氧化硅的粒径为2nm-1μm,可选为5nm-100nm,更可选为5nm-20nm。由此,既不会发生堵孔现象,又可以提高含有该聚合物隔离膜的离子电导率和耐电解液性。
在本申请一些实施方式中,基于所述聚合物的质量,所述有机聚合物的质量占比为50%-99.9%,可选为60%-99%,更可选为70%-99%。由此,使聚合物具有良好的粘结性能,从而助于提升电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物的粒径满足:3μm≤D50≤10μm。由此,将其用于隔离膜上时,可以提高电芯的能量密度且降低隔离膜堵孔概率。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物的粒径分布=(D90-D10)/D50,所述聚合物的粒径分布小于或等于2.5,可选的所述聚合物的粒径分布小于2,更可选的所述聚合物的粒径分布小于1.8。由此,将该聚合物应用于隔离膜时,可以降低堵孔概率。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物的外表面呈凹凸不平。由此,可以增大该聚合物与隔离膜和其他部件的接触面积,提高粘结效果。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物在-10℃至95℃范围内包括第一玻璃化转变温度和第二玻璃化转变温度,所述第一玻璃化转变温度大于所述第二玻璃化转变温度。由此,本申请的聚合物可以在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于提升电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物的第一玻璃化转变温度为30℃-75℃;和/或所述聚合物的第二玻璃化转变温度为-10℃至25℃。由此,本申请的聚合物可以在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于提升电池的动力学性能和安全性能。
本申请第二方面提供了一种制备聚合物的方法,包括:将有机聚合物和无机物混合,其中所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体和第二单体,所述第一单体的结构式包括:
其中,R1包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R2包括氢原子、取代或未取代的1-21个碳原子的烷基、3-6个碳原子的环烷基、取代或未取代的异冰片基,所述取代的1-21个碳原子的烷基中的取代基包括羟基,
所述第二单体含有烯基。
由此,采用本申请的方法可以制备得到上述具备良好的粘结性能的聚合物,同时该聚合物具备适宜的玻璃化转变温度,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助 于改善电池的动力学性能和安全性能。
本申请第三方面提供了一种隔离膜,所述隔离膜包括上述的聚合物或采用上述方法得到的聚合物。由此,可以提高隔离膜的稳定性、离子电导率和耐电解液性等,从而提升电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述隔离膜的离子电导率为0.3mS·cm-1-0.6mS·cm-1,可选为0.4mS·cm-1-0.5mS·cm-1。由此,可以提升二次电池的动力学性能。
本申请第四方面提供了一种极片,所述极片包括上述的聚合物或采用上述方法得到的聚合物。由此,可以提高极片的离子电导率和结构稳定性,提高电池的动力学性能和安全性能。
本申请第五方面提供了一种电池,所述电池包括上述的隔离膜和/或上述的极片。由此,该电池具有优异的动力学性能和安全性能。
本申请第六方面提供了一种用电装置,所述用电装置包括上述的电池。由此,该用电装置具有优异的动力学性能和安全性能。
本申请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,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中,用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中:
图1是本申请一实施方式的电池的示意图。
图2是图1所示的本申请一实施方式的电池的分解图。
图3是本申请一实施方式的电池模块的示意图。
图4是本申请一实施方式的电池包的示意图。
图5是图4所示的本申请一实施方式的电池包的分解图。
图6是本申请一实施方式的电池用作电源的用电装置的示意图。
附图标记说明:
1电池单体;11壳体;12电极组件;13盖板;2电池模块;3电池包;31上箱体;32
下箱体。
具体实施方式
下面对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本申请的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本申请的保护范围。
在本文中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定,给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的,选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的,并且可以进行任意地组合,即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如,如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围,理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外,如果列出的最小范围值1和2,和如果列出了最大范围值3,4和5,则下面的范围可全部预料到:1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中,除非有其他说明,数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示,其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数,“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外,当表述某个参数为≥2的整数,则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明,本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明,本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明,本申请的所有步骤可以顺序进行,也可以随机进行,优选是顺序进行的。例如,所述方法包括步骤(a)和(b),表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b),也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如,所述提到所述方法还可包括步骤(c),表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法,例如,所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c),也可包括步骤(a)、(c)和(b),也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明,本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式,也可以是封闭式。例如,所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分,也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明,在本申请中,术语“或”是包括性的。举例来说,短语“A或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)。
二次电池包括正极片、负极片、隔离膜及电解液。由于制造过程及电芯性能优化的要 求,需要赋予正极片、负极片和隔离膜之间一定的粘接力,其实现方式是在隔离膜表面涂布具有粘接性的涂层物质,制成具有粘接性的隔离膜。当前技术下,隔离膜表面涂布的物质分为含氟聚合物和不含氟聚合物。
含氟聚合物涂布隔离膜需要用到含氟聚合物,含氟聚合物粘结剂原材料来源单一,资源逐渐枯竭,成本日益升高,制程中使用臭氧层破坏物质,环境风险高。而且用于隔离膜涂布的含氟聚合物熔点高,电芯热压温度通常在100℃以下,无法达到含氟聚合物粘结剂的熔点,因此,使用含氟聚合物粘结剂的隔离膜在热压时对极片的粘结力较差。同时含氟聚合物粘结剂材料密度高,需要高的涂布重量。不含氟聚合物涂布隔离膜通常适用聚酯聚合物,但现有的聚酯型聚合物对电芯制造工艺适应性较差。比如小粒径乳液或悬浮液存在堵孔的问题。大粒径,高玻璃化温度的聚酯粉末存在的热压合不良,电池内阻升高的问题。
也就是说,现有技术中使用的电池用粘结剂有的粘结性能较差,有的熔点较高,在电池作业条件下难以充分发挥其粘结作用,不能有效粘结电池部件,从而导致部件在使用过程中分离或脱落,恶化电池的动力学性能并造成安全隐患。
本申请的聚合物包括有机聚合物和无机物,其中有机聚合物通过将含有的第一单体和含有烯基的第二单体进行聚合获得,该有机聚合物搭配无机物共同作用,使得聚合物具备良好的粘结性能,同时也具备适宜的玻璃化转变温度,适于在电池作业条件下充分发挥其粘结性能。并且将有机聚合物与无机物搭配,可以提高聚合物的离子电导率和耐电解液性,从而提升含有其的电池的动力学性能和安全性能。
本申请实施例公开的聚合物适用于电池,并且本申请实施例公开的电池可以用于使用电池作为电源的用电设备或者使用电池作为储能元件的各种储能系统。用电设备可以包括但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中,电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具,例如,游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等,航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
本申请第一方面提出了一种聚合物,所述聚合物包括有机聚合物和无机物,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体和第二单体,
所述第一单体的结构式包括:
其中,R1包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R2包括氢原子、取代或未取代的1-21个碳原子的烷基、3-6个碳原子的环烷基、取代或未取代的异冰片基,所述取代的1-21个碳原子的烷基中的取代基包括羟基,
所述第二单体含有烯基。
本申请的聚合物包括有机聚合物和无机物,其中有机聚合物通过将含有的第一单体和含有烯基的第二单体进行聚合获得,第一单体中的不饱和酯基,可提高聚合物的抗溶胀能力,并且作为分子链段中的柔性单体链段,能够调节有机聚合物的玻璃化转变温度,改善聚合物在施用时的韧性,有助于发挥良好的粘结作用;第二单体含有烯基,其与第一单体聚合获得有机聚合物良好的粘结性能。由此,本申请将第一单体和第二单体聚合的有机聚合物搭配无机物共同作用,使得聚合物具备良好的粘结性能,同时也具备适宜的玻璃化转变温度,适于在电池作业条件下充分发挥其粘结性能。并且将有机聚合物与无机物搭配,可以提高聚合物的离子电导率和耐电解液性,从而提升含有其的电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述第一单体的结构式包括:
其中,R1包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R2包括氢原子、取代或未取代的1-21个碳原子的烷基、3-6个碳原子的环烷基、取代或未取代的异冰片基,所述取代的1-21个碳原子的烷基中的取代基包括羟基。由此,第一单体中的不饱和酯基,可提高聚合物的抗溶胀能力,并且作为分子链段中的柔性单体链段,能够调节有机聚合物的玻璃化转变温度,改善聚合物在施用时的韧性,有助于发挥良好的粘结作用。
作为示例,1-6个碳原子的烷基,其可以理解为碳原子数为1-6个的烷基基团,例如甲基(-CH3)、乙基(-CH2CH3)、正丙基(-CH2CH2CH3)、异丙基(-CH(CH3)2)、正丁基(-CH2CH2CH2CH3)、叔丁基(-C(CH3)3)、正戊基(-CH2CH2CH2CH2CH3)、正己基(-CH2CH2CH2CH2CH2CH3)等。
作为示例,取代或未取代的1-21个碳原子的烷基,其中取代的1-21个碳原子的烷基可以理解为碳原子数为1-21个的烷基基团上至少一个氢原子被其他基团取代后的基团,例如-CH2OH、-CH2CH2OH、-CH2CH2CH2OH、-CH(CH2OH)2、-CH2CH2CH2CH2OH、-C(CH2OH)3、-CH2CH2CH2CH2CH2OH等;未取代的1-21个碳原子的烷基可以理解为碳原子数为1-21个 的烷基基团,例如甲基(-CH3)、乙基(-CH2CH3)、正丙基(-CH2CH2CH3)、异丙基(-CH(CH3)2)、正丁基(-CH2CH2CH2CH3)、叔丁基(-C(CH3)3)、正戊基(-CH2CH2CH2CH2CH3)、正己基(-CH2CH2CH2CH2CH2CH3)等;3-6个碳原子的环烷基,其可以理解为碳原子数为3-6个的环烷基基团,例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。
在本申请一些实施方式中,所述第一单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、庚烯酸、衣康酸、马来酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸三甲胺乙酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。由此,采用上述有机物中的至少一种作为第一单体,可以调节有机聚合物的玻璃化转变温度,改善聚合物在施用时的韧性,有助于发挥良好的粘结作用。在本申请的另一些实施方式中,所述第一单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。由此,可以进一步调节有机聚合物的玻璃化转变温度,改善聚合物在施用时的韧性,有助于发挥良好的粘结作用。
在本申请一些实施方式中,所述第二单体含有烯基。第二单体含有烯基,其与第一单体聚合获得有机聚合物具有良好的粘结性能,同时具备较低的玻璃化转变温度。
在本申请一些实施方式中,所述第二单体的结构式包括:
其中,R6、R7、R8、R9各自独立地包括氢原子、取代或未取代的苯基、取代或未取代的环烷基、直链或支链的烷基。
需要说明的是,取代的苯基可以理解为苯基上至少一个氢被其他基团取代后的苯基基团,例如苯甲基、苯乙基等;取代的环烷基可以理解为环烷基上至少一个氢被其他基团取代后的基团,例如环丙基甲基、环丁基甲基等。
由此,通过添加上述组成的第二单体,使得包含其的聚合物具有良好的粘结性能,同时也具备适宜的玻璃化转变温度,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于提升二次电池的动力学性能和安全性能。此外,当所述聚合物应用于隔离膜时,有助于降低隔离膜的电阻,提升隔离膜的离子电导率,从而改善电池性能。
在本申请一些实施方式中,所述第二单体包括乙烯、苯乙烯、丁二烯或异戊二烯中的至少一种。由此,所述第二单体采用上述有机物中的至少一种,可进一步起到调节分子量的作用,提高有机聚合物的粘结性能,同时使得有机聚合物具备适宜的玻璃化转变温度。
在本申请一些实施方式中,所述第一单体与所述第二单体的重量比为1:0.05-0.5,例如1:0.1-0.45、1:0.15-0.4、1:0.2-0.35、1:0.25-0.3等。由此,采用该混合比例的第一单体和第二单体制备有机聚合物,所得聚合物具有良好的粘结性能,同时具备适宜的玻璃化转变温度,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于提升二次电池的动力学性能和安全性能。此外,当所述聚合物应用于隔离膜时,有助于降低隔离膜的电阻,提升隔离膜的离子电导率,从而改善电池性能。在本申请另一些实施方式中,所述第一单体与所述第二单体的重量比为1:0.1-0.2。
在本申请一些实施方式中,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体、第二单体和第三单体,所述第三单体包括不饱和腈基。由此,可以在聚合物中引入强极性的氰基基团,有助于提高聚合物的离子电导率,从而提高电池的动力学性能。
在本申请一些实施方式中,所述第三单体的结构式为:
其中,R3包括氢原子或1-6个碳原子的烷基。由此,可以在聚合物中引入强极性的氰基基团,有助于提高聚合物的离子电导率,从而提高电池的动力学性能。
在本申请一些实施方式中,所述第三单体包括丙烯腈、甲基丙烯腈或乙基丙烯腈中的至少一种。在本申请另一些实施方式中,所述第三单体包括丙烯腈或甲基丙烯腈中的至少一种。由此,有助于提高聚合物的离子电导率,从而提高电池的动力学性能。
在本申请一些实施方式中,所述第一单体和所述第二单体、所述第三单体的重量比为1:0.05-0.5:0.01-0.8,例如1:0.1-0.45:0.01-0.8、1:0.15-0.4:0.01-0.8、1:0.2-0.35:0.01-0.8、1:0.25-0.3:0.01-0.8、1:0.05-0.5:0.05-0.75、1:0.05-0.5:0.1-0.7、1:0.05-0.5:0.15-0.65、1:0.05-0.5:0.2-0.6、1:0.05-0.5:0.3-0.5、1:0.05-0.5:0.4-0.5等。由此,采用该混合比例的第一单体和第二单体、第三单体制备有机聚合物,所得聚合物具有良好的粘结性能和离子电导率,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于提升二次电池的动力学性能和安全性能。在本申请另一些实施方式中,所述第一单体和所述第二单体、所述第三单体的重量比为1:0.1-0.2:0.05-0.6。由此,使得所获得的聚合物具有良好的粘结性能和离子电导率,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于提升二次电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体、第二单体、第 三单体和第四单体,所述第四单体包括不饱和酰胺基。由此,第四单体可以调整有机聚合物分子量,改善有机聚合物的粘接性。
在本申请一些实施方式中,所述第四单体的结构式包括:
其中,R4包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R5包括氢原子、羟基取代的1-6个碳原子的烷基或1-6个碳原子的烷氧基。由此,所述第四单体含有不饱和酰胺基,可以调节有机聚合物的分子量,提高聚合物的粘接性。
在本申请一些实施方式中,所述第四单体包括丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N-丁氧基甲基丙烯酰胺中的至少一种。由此,采用本申请的至少一种的第四单体,可以调节有机聚合物的分子量,提高聚合物的粘接性。在本申请一些实施方式中,所述第四单体包括丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。
在本申请一些实施方式中,所述第一单体和第二单体、第三单体、第四单体的重量比为1:0.05-0.5:0.01-0.8:0.05-0.7,例如1:0.1-0.45:0.01-0.8:0.05-0.7、1:0.15-0.4:0.01-0.8:0.05-0.7、1:0.2-0.35:0.01-0.8:0.05-0.7、1:0.25-0.3:0.01-0.8:0.05-0.7、1:0.05-0.5:0.05-0.75:0.05-0.7、1:0.05-0.5:0.1-0.7:0.05-0.7、1:0.05-0.5:0.15-0.65:0.05-0.7、1:0.05-0.5:0.2-0.6:0.05-0.7、1:0.05-0.5:0.3-0.5:0.05-0.7、1:0.05-0.5:0.4-0.5:0.05-0.7、1:0.05-0.5:0.01-0.8:0.1-0.7、1:0.05-0.5:0.01-0.8:0.2-0.6、1:0.05-0.5:0.01-0.8:0.3-0.5、1:0.05-0.5:0.01-0.8:0.4-0.5等。由此,通过将第一单体、第二单体、第三单体和第四单体按照上述比例混合,使得包含其的有机聚合物具有良好的粘结性能,同时具备适宜的玻璃化转变温度,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于提升二次电池的动力学性能和安全性能。此外,当所述聚合物应用于隔离膜时,有助于降低隔离膜的电阻,提升隔离膜的离子电导率,从而改善电池性能。在本申请另一些实施方式中,所述第一单体和第二单体、第三单体、第四单体的重量比为1:0.1-0.2:0.05-0.6:0.1-0.5。
在本申请一些实施方式中,所述有机聚合物的重均分子量为50万-120万,例如55万-115万、60万-110万、65万-105万、70万-100万、75万-95万、80万-90万、85万-90万等。由此,满足该重均分子量的有机聚合物具有优异的粘接性能,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而提升二次电池的动力学性能和安全性能。在本申请另一些实施方式中,所述有机聚合物的重均分子量为80万-100万。
需要说明的是,所述有机聚合物的重均分子量可采用本领域通常使用的方法进行测量,例如可参考GB/T 21863-2008通过凝胶渗透色谱法进行测量。
在本申请一些实施方式中,所述无机物的粒径为0.0001μm-2μm,例如0.0005μm-2μm、0.001μm-2μm、0.005μm-2μm、0.01μm-2μm、0.05μm-2μm、0.08μm-2μm、0.1μm-2μm、0.2μm-1.8μm、0.5μm-1.5μm、0.7μm-1.2μm、1μm-1.2μm等。由此,采用该粒径的无机物,可以使得无机物与有机聚合物充分混合,从而提高含有该聚合物隔离膜的离子电导率和耐电解液性。在本申请另一些实施方式中,所述无机物的粒径0.01μm-0.5μm,进一步地的所述无机物的粒径为0.01μm-0.2μm。
在本申请一些实施方式中,所述无机物附着在所述有机聚合物的表面和/或分散在所述有机聚合物的内部。由此,以有机聚合物为骨架,无机物可以同时分散在有机聚合物内部和表面,也可以只分布在有机聚合物内部,还可以只分布在有机聚合物的表面,使得所述聚合物适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于改善电池的动力学性能和安全性能。
在本申请一些实施方式中,所述无机物包括硅的氧化物、铝的氧化物、钙的氧化物、锌的氧化物、镁的氧化物、硫酸钠、苯甲酸钠、碳酸钙及其改性材料中的至少一种。由此,采用上述无机物中的至少一种,其与有机聚合物复配得到的聚合物具有良好的粘结性能,从而可以提升电池的动力学性能和安全性能。在本申请另一些实施方式中,所述无机物包括二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化镁或苯甲酸钠中的至少一种。进一步地,所述无机物包括气相法二氧化硅、硅微粉、氧化铝或苯甲酸钠中的至少一种。
在本申请一些实施方式中,所述无机物包括二氧化硅,所述二氧化硅的粒径为2nm-1μm,例如10nm-1μm、20nm-1μm、50nm-1μm、100nm-1μm、200nm-1μm、300nm-1μm、400nm-1μm、500nm-1μm、600nm-1μm、700nm-1μm、800nm-1μm、900nm-1μm等。由此,采用该粒径范围的二氧化硅作为无机物与上述有机聚合物复配得到的聚合物,将该聚合物用于隔离膜上,既不会发生堵孔现象,又可以提高含有该聚合物隔离膜的离子电导率和耐电解液性。在本申请另一些实施方式中,所述二氧化硅的粒径为5nm-100nm,进一步地,所述二氧化硅的粒径为5nm-20nm。
在本申请一些实施方式中,基于所述聚合物的质量,所述有机聚合物的质量占比为50%-99.9%,例如55%-99%、60%-95%、65%-90%、70%-85%、75%-80%等。由此,使聚合物具有良好的粘结性能,从而助于提升电池的动力学性能和安全性能。在本申请另一些实施方式中,基于所述聚合物的质量,所述有机聚合物的质量占比为60%-99%,进一步地基于所述聚合物的质量,所述有机聚合物的质量占比为70%-99%。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物的粒径满足:3μm≤D50≤10μm,例如4μm≤D50≤9μm、5μm≤D50≤8μm、6μm≤D50≤7μm等。由此,将该粒径的聚合物用于隔离膜上时,可以提高电芯的能量密度且降低隔离膜堵孔概率。
需要说明的是,在本申请实施例中,所述聚合物的D50为颗粒累计粒度体积分布百分数达到50%时所对应的粒径,测试方法为:
参考标准GB/T 19077-2016/ISO 13320:2009粒度分布激光衍射法。使用激光粒度仪(马尔文3000,MasterSizer 3000)测试,主光源使用氦氖红光光源。取一洁净小烧杯加入待测样品1g,加入一滴表面活性剂,加入20ml去离子水(样品浓度保证遮光度为8-12%),以53KHz/120W超声5min,确保样品完全分散。打开激光粒度仪,清洗光路系统后,自动测试背景。搅拌已超声的待测溶液,使其分散均匀,按要求放入样品池中,开始测量粒径。从仪器中即可读得测量结果。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物的粒径分布=(D90-D10)/D50,所述聚合物的粒径分布小于或等于2.5。由此,所述聚合物粒径较为均匀,将该聚合物应用于隔离膜时,可以降低堵孔概率。在本申请另一些实施方式中,所述聚合物的粒径分布小于2,进一步地,所述聚合物的粒径分布小于1.8。
需要说明的是,D50的测试方法如上所述,在本申请实施例中,D90指颗粒累计粒度体积分布百分数达到90%时所对应的粒径,D10指颗粒累计粒度体积分布百分数达到10%时所对应的粒径,测试方法同于D50的测试方法。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物的外表面呈凹凸不平。由此,可以增大该聚合物与隔离膜和其他部件的接触面积,提高粘结效果。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物在-10℃至95℃范围内包括第一玻璃化转变温度和第二玻璃化转变温度,所述第一玻璃化转变温度大于所述第二玻璃化转变温度。
上述玻璃化温度是有机聚合物和无机物共同作用,所得到的聚合物具备良好的粘结性能,同时也具备适宜的玻璃化转变温度,从而适于在电池工况下充分发挥其粘结性能,进而有助于改善电池的动力学性能和安全性能。
玻璃化温度为高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度,指无定型聚合物(包括结晶型聚合物中的非结晶部分)由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度,是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度,通常用Tg表示。在玻璃化温度以上,高聚物表现出弹性;在玻璃化温度以下,高聚物表现出脆性。玻璃化温度可通过本领域通常使用的方法进行测量,例如可参考GB/T 19466.2通过差示扫描量热法进行测试。
可以理解的是,第一玻璃化转变温度大于第二玻璃化转变温度,在第二玻璃化转变温度以上,聚合物中包括第二玻璃化转变温度的结构处于橡胶态,在该第一玻璃化转变温度以下,聚合物中包括第一玻璃化转变温度的结构处于玻璃态。
例如,聚合物所处温度为第二玻璃化转变温度和第一玻璃化转变温度之间的温度,在该温度下,不施加压力至聚合物时,聚合物中包括第一玻璃化转变温度的结构处于玻璃态, 其较硬,可充当聚合物粉料的骨架结构,使聚合物不具有粘性;而该温度下聚合物中包括第二玻璃化转变温度的结构处于橡胶态,施加一定压力后可具有一定“流动性”,聚合物中第二玻璃化转变的结构能够充分渗入到正负极极片及隔离膜的孔隙内,增加了机械联锁效应,能够充分发挥其粘结性能,进而有助于改善电池的动力学性能。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物的第一玻璃化转变温度为30℃-75℃,例如35℃-70℃、40℃-65℃、45℃-60℃、50℃-55℃等;所述聚合物的第二玻璃化转变温度为-10℃至25℃,例如-5℃至20℃、0℃至15℃、5℃至10℃等。由此,当聚合物的第一玻璃化转变温度和第二玻璃化转变温度在上述范围内时,在室温(25℃<室温<30℃)下,不施加压力至聚合物时,由于第一玻璃化转变温度高于室温,聚合物中包括第一玻璃化转变温度的结构处于玻璃态,其较硬,可充当聚合物粉料的骨架结构,使聚合物不具有粘性;室温下第二玻璃化转变温度低于室温,聚合物中包括第二玻璃化转变温度的结构处于橡胶态,施加一定压力后可具有一定“流动性”,聚合物中第二玻璃化转变温度的结构能够充分渗入到正负极极片及隔离膜的孔隙内,增加了机械联锁效应,能够充分发挥其粘结性能,进而有助于改善电池的动力学性能。
本申请第二方面提供了一种制备聚合物的方法,包括:将有机聚合物和无机物混合,其中所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体和第二单体,所述第一单体的结构式包括:
其中,R1包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R2包括氢原子、取代或未取代的1-21个碳原子的烷基、3-6个碳原子的环烷基、取代或未取代的异冰片基,所述取代的1-21个碳原子的烷基中的取代基包括羟基,
所述第二单体含有烯基。
在本申请一些实施方式中,所述制备聚合物的方法包括:
将水、乳化剂、引发剂、第一单体和第二单体共混,加热反应,得到有机聚合物乳液;
将所述有机聚合物乳液和无机物混合,得到聚合物。
在本申请一些实施方式中,有机聚合物可以采用第一单体与第二单体经过乳液聚合的方式制得或采用第一单体、第二单体和第三单体经过乳液聚合的方式制得或采用第一单体、第二单体、第三单体和第四单体经过乳液聚合的方式制得。
本申请通过乳液聚合的方式得到有机聚合物乳液,然后将有机聚合物乳液与无机物混合后通过喷雾干燥的方式得到聚合物。
乳液聚合,乳液聚合是单体借助乳化剂和机械搅拌,使单体分散在水中形成乳液,再 加入引发剂引发单体聚合。
乳化剂,乳化剂是可使互不相容的油与水转变成难以分层的乳液的一类物质。乳化剂通常是一些亲水的极性基团和疏水(亲油)的非极性基团两者性质兼有的表面活性剂。例如,乳化剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯硫酸钠、月桂酸钠、硬脂酸钠或棕榈油酸钠中的至少之一。
引发剂,引发剂是能引发单体进行聚合反应的物质。例如,自由基引发剂,指一类容易受热分解成自由基(即初级自由基)的化合物,可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应。例如,引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰或过氧化二正辛酰中的至少之一。
将水、乳化剂、引发剂、聚合物的构成单体共混搅拌,水和乳化剂搅拌分散后形成乳液,也即乳化剂在水相中形成胶束,大部分的胶束中增溶有单体,在加热的条件下,引发剂在胶束内部引发单体发生聚合,得到乳液。
喷雾干燥,通过机械作用,将需干燥的物料(有机聚合物乳液和分散剂的混合物),分散成很细的像雾一样的微粒,(增大水分蒸发面积,加速干燥过程)与热空气接触,在瞬间将大部分水分除去,使物料中的固体物质干燥成粉末。
本申请第三方面提出了一种隔离膜,包括本申请第一方面的聚合物或采用本申请第二方面所述的方法得到的聚合物。由此,将本申请上述的聚合物应用于隔离膜时,可以提高隔离膜与极片间的粘接性以及降低隔离膜的电阻,提升隔离膜的离子电导率,从而改善电池性能。
在本申请一些实施方式中,所述隔离膜的离子电导率为0.3mS·cm-1-0.6mS·cm-1,例如0.35mS·cm-1-0.55mS·cm-1、0.4mS·cm-1-0.5mS·cm-1、0.45mS·cm-1-0.5mS·cm-1等。电导率是表示的隔离膜传导电流的能力,单位以西门子每米(S/m)表示,本申请的隔离膜的离子电导率在上述范围内,可以充分发挥其导电性能和粘结性能,进一步提升二次电池的动力学性能。在本申请另一些实施方式中,所述隔离膜的离子电导率为0.35mS·cm-1-0.55mS·cm-1
需要说明的是,本申请所述聚合物的离子电导率测试方法:将隔离膜裁成40mm x20mm的试片,将裁好的隔离膜叠放4层为一组,使用商业化电解液(在25℃,将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按体积比1:1:1混合得到混合溶剂,然后将LiPF6溶解在上述混合溶剂中,得到电解液,其中LiPF6的浓度为1mol/L)将隔离膜完全润湿,然后在手套箱中组装成测试用对称电池。用电化学工作站测试其隔离膜阻抗,测量范围1Hz到100000Hz之间,施加的交流信号偏振5mV。通过交流阻抗的测试结果可以计算离子电导率,公式如下:
δ=1000L/RA
其中,δ表示离子电导率,单位:mS/cm;A表示单层隔离膜的面积,单位是cm2,L表示测试隔离膜的厚度,单位为cm;R表示测试隔离膜的电阻,单位为Ω。
在本申请一些实施方式中,本申请的隔离膜包括基膜和粘结层,所述粘结层形成在所述基膜的至少一侧上,所述粘结层包括本申请第一方面的聚合物或采用本申请第二方面的方法得到的聚合物。例如,所述基膜的相对两侧均形成有粘结层。
本申请中基膜的种类没有特别的限制,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多孔结构的基膜。
在本申请一些实施方式中,所述基膜可包括玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯或聚偏二氟乙烯中的至少一种。所述基膜可以是单层薄膜,也可以是多层复合薄膜,没有特别限制。在基膜为多层复合薄膜时,各层的材料可以相同或不同,没有特别限制。
本申请所述隔离膜可采用本领域的常规方法制备。例如,可将本申请第一方面所述的聚合物溶于有机溶剂中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜上,随后经干燥除去有机溶剂,即可得到本申请所述的隔离膜。
在本申请一些实施方式中,所述聚合物在基膜单侧上的涂布密度为0.3g/m2-1.0g/m2,例如0.4g/m2-0.9g/m2、0.5g/m2-0.8g/m2、0.6g/m2-0.7g/m2等。由此,可以提高隔离膜与极片间的粘接力,提高电池的动力学性能和安全性能。在本申请另一些实施方式中,所述聚合物在基膜单侧上的涂布密度可以为0.3g/m2-0.8g/m2
需要说明的是,所述聚合物在基膜单侧上的涂布密度指基膜上单面聚合物的涂覆量,其测试方法为:取一定面积的隔离膜,得到隔离膜面积S,单位为m2,称量隔离膜(具有包括聚合物的粘结层)的重量M1,单位为g,称量相同面积S的未涂覆粘结剂的隔离膜质量M2,单位为g,所述聚合物在基膜单侧上的涂布密度计算公式为(M1-M2)/S。
本申请第四方面提供了一种极片,所述极片包括本申请第一方面的聚合物或采用本申请第二方面所述的方法得到的聚合物。由此,可以提高极片的离子电导率和结构稳定性,提高电池的动力学性能和安全性能。
需要说明的是,本申请所述极片可以是正极极片或负极极片。
正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极活性物质层,所述正极活性物质层包括本申请第一方面或第二方面所述方法得到的聚合物。具体的,所述聚合物可以作为正极活性物质层中的粘结剂。
作为示例,正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面,正极活性物质层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在本申请一些实施方式中,所述正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如,作为金属箔片,可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至 少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP),聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),聚苯乙烯(PS),聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在本申请一些实施方式中,正极活性材料可采用本领域公知的用于电池的正极活性材料。
作为示例,当所述正极极片用于锂离子电池时,正极活性材料可采用本领域公知的用于锂离子电池的正极活性材料。作为示例,正极活性材料可包括以下材料中的至少一种:橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料,还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。其中,锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物(如LiCoO2)、锂镍氧化物(如LiNiO2)、锂锰氧化物(如LiMnO2、LiMn2O4)、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(如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(也可以简称为NCM333)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(也可以简称为NCM523)、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2(也可以简称为NCM211)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(也可以简称为NCM622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(也可以简称为NCM811)、锂镍钴铝氧化物(如LiNi0.80Co0.15Al0.05O2)或其改性化合物等中的至少一种。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(如LiFePO4(也可以简称为LFP))、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂(如LiMnPO4)、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂或磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。
作为示例,当所述正极极片用于钠离子电池时,正极活性材料可采用本领域公知的用于钠离子电池的正极活性材料。作为示例,所述正极活性材料可以包括但不限于层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物中的至少之一。
作为上述层状过渡金属氧化物的示例,例如可以列举出:
Na1-xCuhFekMnlM1 mO2-y,其中M1包括Li、Be、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Y、Nb、Mo、In、Sn或Ba中的至少一种,0<x≤0.33,0<h≤0.24,0≤k≤0.32,0<l≤0.68,0≤m<0.1,h+k+l+m=1,0≤y<0.2;
Na0.67Mn0.7NizM2 0.3-zO2,其中M2包括Li、Mg、Al、Ca、Ti、Fe、Cu、Zn或Ba中的至少一种,0<z≤0.1;
NaaLibNicMndFeeO2,其中0.67<a≤1,0<b<0.2,0<c<0.3,0.67<d+e<0.8,b+c+d+e=1。
作为上述聚阴离子化合物的示例,例如可以列举出:
A1 fM3 g(PO4)iOjX1 3-j,其中A1包括H、Li、Na、K或NH4中的至少一种,M3包括Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、V、Cu或Zn中的至少一种,X1为F、Cl或Br中的至少一种,0<f≤4,0<g≤2,1≤i≤3,0≤j≤2;
NanM4PO4X2,其中M4包括Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的至少一种,X2为F、Cl或Br中的至少一种,0<n≤2;
NapM5 q(SO4)3,其中M5包括Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的至少一种,0<p≤2,0<q≤2;
NasMntFe3-t(PO4)2(P2O7),其中0<s≤4,0≤t≤3,例如t为0、1、1.5、2或3。
作为上述普鲁士蓝类似物的示例,例如可以列举出:
AuM6 v[M7(CN)6]w·xH2O,其中A包括H+、NH4 +、碱金属阳离子或碱土金属阳离子中的至少一种,M6和M7各自独立地包括过渡金属阳离子中的至少一种,0<u≤2,0<v≤1,0<w≤1,0<x<6。例如A包括H+、Li+、Na+、K+、NH4 +、Rb+、Cs+、Fr+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+或Ra2+中的至少一种,M6和M7各自独立地包括Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn或W中的至少阳离子。
在本申请一些实施方式中,正极活性物质层还可选地包括导电剂。作为示例,所述导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯或碳纳米纤维中的至少一种。
在本申请一些实施方式中,正极活性物质层还可选地包括其他粘结剂。作为示例,所述其他粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物或含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。
在一些实施方式中,可以通过以下方式制备正极极片:将上述用于制备正极极片的组分,例如正极活性材料、导电剂、聚合物和任意其他的组分分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)中,形成正极浆料;将正极浆料涂覆在正极集流体上,经烘干、冷压等工序后,即可得到正极极片。
在本申请一些实施方式中,基于所述正极活性物质层的总质量,所述聚合物在正极极片中的质量占比为1%-3%,例如1.2%-2.8%、1.5%-2.5%、1.8%-2.2%、2%-2.2%等。由此,可以降低正极极片的掉分,从而提高含有其的电池的动力学性能。
类似地,本申请所述极片也可以是负极极片。负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极活性物质层,所述负极活性物质层包括本申请第一方面所述的聚合物或采用本申请第二方面所述的方法得到的聚合物。具体的,所述聚合物可以作为负极活性物质层中的粘结剂。
作为示例,负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面,负极活性物质层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在本申请一些实施方式中,所述负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如,作为金属箔片,可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材 至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP),聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),聚苯乙烯(PS),聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
在本申请一些实施方式中,负极活性材料可采用本领域公知的用于电池的负极活性材料。作为示例,负极活性材料可包括以下材料中的至少一种:人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。所述硅基材料可包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物或硅合金中的至少一种。所述锡基材料可包括单质锡、锡氧化合物或锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料,还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
在本申请一些实施方式中,负极活性物质层还可选地包括导电剂。导电剂可包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯或碳纳米纤维中的至少一种。
在本申请一些实施方式中,负极活性物质层还可选地包括其他粘结剂。所述其他粘结剂可选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)或羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。
在本申请一些实施方式中,负极活性物质层还可选地包括其他助剂,例如增稠剂(如梭甲基纤维素钠(CMC-Na))等。
在本申请一些实施方式中,可以通过以下方式制备负极极片:将上述用于制备负极极片的组分,例如负极活性材料、导电剂、聚合物以及其他可选的组分分散于溶剂(例如去离子水)中,形成负极浆料;将负极浆料涂覆在负极集流体上,经烘干、冷压等工序后,即可得到负极极片。
在本申请一些实施方式中,基于所述负极活性物质层的总质量,所述聚合物在负极极片中的质量占比为1%-3%,例如1.2%-2.8%、1.5%-2.5%、1.8%-2.2%、2%-2.2%等。由此,可以降低负极极片的掉分,从而提高含有其的电池的动力学性能。
本申请第五方面提出了一种电池,所述电池包括上述第三方面的隔离膜和/或上述的第四方面的极片。由此,该电池具有优异的动力学性能和安全性能。
通常情况下,电池包括正极极片、负极极片、电解质和隔离膜。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。电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间,主要起到防止正负极短路的作用,同时可以使离子通过。
本申请对电解质的种类没有具体的限制,可根据需求进行选择。例如,电解质可以是 液态的、凝胶态的或全固态的。
在本申请一些实施方式中,所述电解质采用电解液。所述电解液包括电解质盐和溶剂。
在本申请一些实施方式中,当所述电池为锂离子电池时,电解质盐可包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂或四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在本申请一些实施方式中,当所述电池为钠离子电池时,所述电解质钠盐可以包括六氟磷酸钠、二氟草酸硼酸钠、四氟硼酸钠、双草酸硼酸钠、高氯酸钠、六氟砷酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠、三氟甲基磺酸钠或双(三氟甲基磺酰)亚胺钠中的至少之一。
在本申请一些实施方式中,溶剂可包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜或二乙砜中的至少一种。
在本申请一些实施方式中,所述电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、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、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
在一些实施方式中,电池包括电池单体形式、电池模块形式和电池包形式。
在一些实施方式中,正极极片、负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。
在一些实施方式中,电池单体可包括外包装。该外包装可用于封装上述电极组件及电解质。
在一些实施方式中,电池单体的外包装可以是硬壳,例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。电池单体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,作为塑料,可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。
本申请对电池单体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。例如,图1是作为一个示例的方形结构的电池单体1。
在一些实施方式中,参照图2,外包装可包括壳体11和盖板13。其中,壳体11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11具有与容纳腔连通的开口,盖板13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12。电极组件12封装于所述容纳腔内。电解液浸润于电极组件12中。电池1所含电极组件12的数量可以为一个或多个,本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。
在一些实施方式中,电池单体可以组装成电池模块,电池模块所含电池单体的数量可以为一个或多个,具体数量本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量进行选择。
图3是作为一个示例的电池模块2。参照图3,在电池模块2中,多个电池单体1可以是沿电池模块2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电池单体1进行固定。
可选地,电池模块2还可以包括具有容纳空间的外壳,多个电池单体1容纳于该容纳空间。
在一些实施方式中,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为一个或多个,具体数量本领域技术人员可根据电池包的应用和容量进行选择。
图4和图5是作为一个示例的电池包3。参照图4和图5,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2。电池箱包括上箱体31和下箱体32,上箱体31能够盖设于下箱体32,并形成用于容纳电池模块2的封闭空间。多个电池模块2可以按照任意的方式排布于电池箱中。
另外,本申请还提供一种用电装置,所述用电装置包括本申请提供的电池。所述电池单体、电池模块、或电池包可以用作所述用电装置的电源,也可以用作所述用电装置的能量存储单元。所述用电装置可以包括移动设备(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,但不限于此。
作为所述用电装置,可以根据其使用需求来选择电池单体、电池模块或电池包。
图6是作为一个示例的用电装置。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电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,可以采用电池单体作为电源。
以下,说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
【有机聚合物1的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯25wt%,丙烯酸正丁酯55wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸5wt%,苯乙烯10wt%比例将所需单体搅拌混合均 匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物1。
【聚合物1的制备】
取1kg有机聚合物1,加入纳米二氧化硅1kg,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物1。
【隔离膜1的制备】
将所述聚合物1分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜1。
实施例2
【有机聚合物2的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯25wt%,丙烯酸正丁酯50wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯15wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物2。
【聚合物2的制备】
取1kg有机聚合物2,纳米二氧化硅1kg,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物2。
【隔离膜2的制备】
将所述聚合物2分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜2。
实施例3
【有机聚合物3的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯25wt%,丙烯酸正丁酯48wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯17wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物3。
【聚合物3的制备】
取1kg有机聚合物3,纳米二氧化硅1kg,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物3。
【隔离膜3的制备】
将所述聚合物3分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜3。
实施例4
【有机聚合物4的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯14.5wt%,丙烯酸正丁酯42wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯33.5wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物4。
【聚合物4的制备】
取1kg有机聚合物4,加入纳米二氧化硅1kg,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物4。
【隔离膜4的制备】
将所述聚合物4分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜4。
实施例5
【有机聚合物5的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯28.5wt%,丙烯酸正丁酯56.5wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯4wt%,丙烯腈1wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物5。
【聚合物5的制备】
取1kg有机聚合物5,加入纳米二氧化硅667g,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物5。
【隔离膜5的制备】
将所述聚合物5分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜5。
实施例6
【有机聚合物6的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯30wt%,丙烯酸正丁酯50wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯5wt%,丙烯腈5wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物6。
【聚合物6的制备】
取1kg有机聚合物6,加入纳米二氧化硅429g,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物6。
【隔离膜6的制备】
将所述聚合物6分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜6。
实施例7
【有机聚合物7的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯15wt%,丙烯酸正丁酯45wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯10wt%,丙烯腈20wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物7。
【聚合物7的制备】
取1kg有机聚合物7,加入纳米二氧化硅250g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物7。
【隔离膜7的制备】
将所述聚合物7分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜7。
实施例8
【有机聚合物8的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯6wt%,丙烯酸正丁酯42wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯7wt%,丙烯腈35wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物8。
【聚合物8的制备】
取1kg有机聚合物8,加入纳米二氧化硅111g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物8。
【隔离膜8的制备】
将所述聚合物8分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜8。
实施例9
【有机聚合物9的制备】
按照重量百分比丙烯酸正丁酯40wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯10wt%,丙烯腈40wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物9。
【聚合物9的制备】
取1kg有机聚合物9,加入纳米二氧化硅53g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物9。
【隔离膜9的制备】
将所述聚合物9分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜9。
实施例10
【有机聚合物10的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯5wt%,丙烯酸正丁酯65wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%的比例,苯乙烯10wt%,丙烯腈6wt%,丙烯酰胺4wt%将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温 至40℃以下出料,得到有机聚合物10。
【聚合物10的制备】
取1kg有机聚合物10,加入纳米二氧化硅10g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物10。
【隔离膜10的制备】
将所述聚合物10分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜10。
实施例11
【有机聚合物11的制备】
按照重量百分比丙烯酸正丁酯58wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯10wt%,丙烯腈15wt%,丙烯酰胺7wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物11。
【聚合物11的制备】
取1kg有机聚合物11,加入纳米二氧化硅53g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物11。
【隔离膜11的制备】
将所述聚合物11分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜11。
实施例12
【有机聚合物12的制备】
按照重量百分比丙烯酸正丁酯58wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯10wt%,丙烯腈15wt%,丙烯酰胺7wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物12。
【聚合物12的制备】
取1kg有机聚合物12,加入纳米二氧化硅53g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物12。
【隔离膜12的制备】
将所述聚合物12分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜112。
实施例13
【有机聚合物13的制备】
按照重量百分比丙烯酸正丁酯58wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯10wt%,丙烯腈15wt%,丙烯酰胺7wt%,苯乙烯8wt%,丙烯腈32wt%,丙烯酰胺20wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物13。
【聚合物13的制备】
取1kg有机聚合物13,加入纳米二氧化硅53g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物13。
【隔离膜13的制备】
将所述聚合物13分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜13。
实施例14
【有机聚合物14的制备】
按照重量百分比丙烯酸正丁酯40wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯10wt%,丙烯腈10wt%,丙烯酰胺30wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物14。
【聚合物14的制备】
取1kg有机聚合物14,加入纳米二氧化硅53g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物14。
【隔离膜14的制备】
将所述聚合物11分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜14。
实施例15
【有机聚合物15的制备】
按照重量百分比丙烯酸丁酯65wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸-2-羟基乙酯3wt%,苯乙烯5wt%,丙烯腈15wt%,丙烯酰胺5wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物15。
【聚合物15的制备】
取1kg有机聚合物15,加入氧化铝429g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物15。
【隔离膜15的制备】
将所述聚合物15分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜15。
实施例16
【有机聚合物16的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸月桂酯55wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯5wt%,丙烯腈20wt%,丙烯酰胺10wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物16。
【聚合物16的制备】
取1kg有机聚合物16,加入氧化铝250g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物16。
【隔离膜16的制备】
将所述聚合物16分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜16。
实施例17
【有机聚合物17的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯30wt%,甲基丙烯酸月桂酯40wt%,丙烯酸3wt%,丙烯酸羟乙酯2wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯10wt%,丙烯腈5wt%,丙烯酰胺5wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL 四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物17。
【聚合物17的制备】
取1kg有机聚合物17,加入纳米二氧化硅53g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物17。
【隔离膜17的制备】
将所述聚合物17分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜17。
实施例18
【有机聚合物18的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯20wt%,丙烯酸正丁酯50wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯15wt%,丙烯腈5wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物18。
【聚合物18的制备】
取1kg有机聚合物18,加入纳米二氧化硅53g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物18。
【隔离膜18的制备】
将所述聚合物18分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜18。
实施例19
【有机聚合物19的制备】
将10g十二烷基硫酸钠,1200g去离子水,过氧化氢异丙苯10g,吊白块15g,硫酸亚铁0.05g,EDTA二钠盐(乙二胺四乙酸二钠盐)2g,再加入按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯20wt%,丙烯酸正丁酯40wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸羟乙酯3%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯10wt%,丙烯腈10wt%的混合单体,投入高压反应器中,氮气置换3次,然后加入丁二烯10wt%,在25℃下高速搅拌乳化30min,升温至65℃,于0.2Mpa下反应6h,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物19。
【聚合物19的制备】
取1kg有机聚合物19,加入纳米二氧化硅53g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物19。
【隔离膜19的制备】
将所述聚合物11分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜19。
实施例20
【有机聚合物20的制备】
按照重量百分比丙烯酸丁酯26.7wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸-2-羟基乙酯2wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯17.85wt%,丙烯腈28.6wt%,丙烯酰胺17.85wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物20。
【聚合物20的制备】
取1kg有机聚合物20,加入氧化铝250g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物20。
【隔离膜20的制备】
将所述聚合物20分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜20。
实施例21
【有机聚合物21的制备】
按照重量百分比丙烯酸丁酯38.6wt%,丙烯酸2wt%,丙烯酸-2-羟基乙酯2wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%,苯乙烯9.5wt%,丙烯腈28.6wt%,丙烯酰胺14.35wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物21。
【聚合物21的制备】
取1kg有机聚合物21,加入氧化铝250g,去离子水1kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物21。
【隔离膜21的制备】
将所述聚合物11分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随 后经干重除去水分,即可得到隔离膜21。
对比例1
【有机聚合物22的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯77wt%,丙烯酸丁酯16wt%,丙烯酸2wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物22。
【聚合物22的制备】
取1kg有机聚合物22,加入纳米二氧化硅1kg,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物22。
【隔离膜22的制备】
将所述聚合物22分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜22。
对比例2
【有机聚合物23的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯50wt%,丙烯酸丁酯43wt%,丙烯酸2wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物23。
【聚合物23的制备】
取1kg有机聚合物23,加入纳米二氧化硅1kg,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物23。
【隔离膜23的制备】
将所述聚合物23分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜23。
对比例3
【有机聚合物24的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯18wt%,丙烯酸丁酯75wt%,丙烯酸2wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵 引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物24。
【聚合物24的制备】
取1kg有机聚合物23,加入纳米二氧化硅1kg,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物24。
【隔离膜24的制备】
将所述聚合物23分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜24。
对比例4
【有机聚合物25的制备】
按照重量百分比甲基丙烯酸甲酯15wt%,丙烯酸丁酯78wt%,丙烯酸2wt%,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5wt%的比例将所需单体搅拌混合均匀。在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的5000mL四口烧瓶中加入1000g混合单体,30g十二烷基硫酸钠乳化剂,10g过硫酸铵引发剂,1200g去离子水,高速搅拌乳化30min。氮气保护下,升温至75℃反应4h后,调节pH=6-8,降温至40℃以下出料,得到有机聚合物25。
【聚合物25的制备】
取1kg有机聚合物24,加入纳米二氧化硅1kg,去离子水2kg,搅拌1h后,经喷雾干燥,制得聚合物粉末,后经研磨粉碎,得到聚合物25。
【隔离膜25的制备】
将所述聚合物25分散到水中,得到浆液,然后将浆液涂布在基膜(PE基膜)上,随后经干重除去水分,即可得到隔离膜25。
实施例1至21以及对比例1-4的有机聚合物、聚合物及隔离膜的制备中其余不同之处在于按照表1的参数。
表1

将实施例1至21、对比例1至4的隔离膜进行如下测试:
1、离子电导率测试:将隔离膜裁成40mm×20mm的试片,将裁好的隔离膜叠放4层为一组,使用商业化电解液将隔离膜完全润湿,然后在手套箱中组装成测试用对称电池。用电化学工作站测试其隔离膜阻抗,测量范围1Hz到100000Hz之间,施加的交流信号偏振5mV。通过交流阻抗的测试结果可以计算离子电导率,公式如下:
δ=1000L/RA
其中,δ表示离子电导率,单位:mS/cm;A表示测试隔离膜的面积,单位是cm2,L表示测试隔离膜的厚度,单位为cm,R表示测试隔离膜的电阻,单位为Ω,结果见表2。
2、粒径测试:
参考标准GB/T 19077-2016/ISO 13320:2009粒度分布激光衍射法。使用激光粒度仪(马尔文3000,MasterSizer 3000)测试,主光源使用氦氖红光光源。取一洁净小烧杯加入待测样品1g,加入一滴表面活性剂(陶氏化学TERGITOL TMN-6),加入20ml去离子水(样品浓度保证遮光度为8%-12%),以53KHz/120W超声5min,确保样品完全分散。打开激光 粒度仪,清洗光路系统后,自动测试背景。搅拌已超声的待测溶液,使其分散均匀,按要求放入样品池中,开始测量粒径。从仪器中即可读得测量结果。
根据粒径测试计算得到粒径分布,结果见表1。
3、玻璃化转变温度测试(DSC法)
参考标准:GB/T 19466.2差示扫描量热法(DSC)-玻璃化转变温度的测定。
测试条件:
(1)制样:称取6±0.05mg样品于Al坩埚中,抖平后盖上盖子,置于测量仪器中;
(2)参数设置:氮气氛围,吹扫气的速率为50mL/min,保护气的速率为100mL/min;
(3)升温条件:升温速率为10℃/min,温度范围为-40至200℃。
4、制备锂离子电池
(1)正极极片的制备
将聚偏氟乙烯粘结剂充分溶解于N甲基吡咯烷酮中,加入炭黑导电剂与正极活性材料LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2制成分散均匀的正极浆料(聚偏氟乙烯粘结剂、炭黑导电剂与正极活性材料的质量比为3:2:95),将正极浆料均匀涂敷在铝箔上下两个表面,然后转移到真空干燥箱中完全干燥,将得到的极片进行辊压,然后进行冲切,得到正极极片。
(2)负极极片的制备
将碳纳米管材料和粘结剂羧甲基纤维素钠按照质量比4:1.6加到水中搅拌成均匀的负极浆料,将负极浆料涂覆在铜箔上下两个表面上,然后转移到真空干燥箱中完全干燥,然后进行冲切,得到负极极片。
(3)、电解液的制备
在氩气气氛手套箱中(H2O<0.1ppm,O2<0.1ppm),将钠盐六氟磷酸锂NaPF6溶解于有机溶剂乙二醇二甲醚DME中,搅拌均匀,得到锂盐浓度1mol/L的电解液。
(4)隔离膜
以上述实施例和对比例制备的隔离膜作为隔离膜。
(5)锂离子电池的制备
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片中间起到隔离正负极的作用,卷绕得到裸电芯,焊接极耳,将裸电芯置于外包装中,将上述制备的电解液注入到干燥后的电芯中,封装、静置、化成、整形、容量测试等,完成锂离子电池的制备。
测定锂离子电池的循环容量保持率,测定方法如下:
取实施例及对比例的锂离子电池,保证每一例至少有2个平行样。首先,将电池置于25℃恒温环境中搁置1小时。再以2C的充电倍率对电池进行恒流充电,充至3.65V后转为恒压充电,充电电流低于0.05C时停止充电,搁置5分钟,然后用1C的放电倍率将电池恒 流放电至2.5V,搁置5分钟,上述流程循环特定圈数(此处1000圈),容量保持率的计算:第n圈的容量保持率=第n圈放电容量/第二圈放电容量*100%。
测试结果如下表2所示。
(6)粘结性测试:
将上述电池负极极片与隔离膜重叠在一起,置于热压机上,设定热压机参数为:温度为55℃,压力为7t,时间为15s,施压制得粘结的隔离膜/负极片样品;将隔离膜/极片样品裁切成150mm×20mm的矩形样条。通过双面胶将上述矩形样条的极片一面粘贴在钢板上,在矩形样条的一端将隔离膜与极片沿长度方向分开2cm的长度,制得测试试样。
将钢板保持水平并用万能试验机(协强仪器制造(上海)有限公司,型号CTM2100)下方夹具固定,将如上所述的隔离膜的剥离端部用万能试验机的上方夹具固定,并连接拉力机。设置测试条件为拉伸速率20mm/min,水平拉动10cm。待拉力稳定后,记录拉力值,通过拉力值与样品宽度的比值,得到隔离膜与极片粘结力。测试结果如下表2所示。
表2

由表2可知,实施例1-21的聚合物的具有两个玻璃转变温度,并且隔离膜与负极极片间的热压粘接力以及电池的容量保持率均高于对比例1-4,而对比例1-4的聚合物只有一个玻璃化转变温度,并且虽然对比例2-4的隔离膜与负极极片的粘接力较高,但是其离子电导率和电池的容量保持率均较低,由此表明将本申请的聚合物用于隔离膜时,隔离膜离子电导率较高且隔离膜与极片之间粘接力合适,从而可以提高电池的动力学性能。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (30)

  1. 一种聚合物,其中,包括有机聚合物和无机物,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体和第二单体,
    所述第一单体的结构式包括:
    其中,R1包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R2包括氢原子、取代或未取代的1-21个碳原子的烷基、3-6个碳原子的环烷基、取代或未取代的异冰片基,所述取代的1-21个碳原子的烷基中的取代基包括羟基,
    所述第二单体含有烯基。
  2. 根据权利要求1所述的聚合物,其中,所述第一单体与所述第二单体的重量比为1:0.05-0.5。
  3. 根据权利要求1或2所述的聚合物,其中,所述第一单体与所述第二单体的重量比1:0.1-0.2。
  4. 根据权利要求1-3中任一项所述的聚合物,其中,所述第一单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、庚烯酸、衣康酸、马来酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸三甲胺乙酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种,可选地,所述第一单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。
  5. 根据权利要求1-4中任一项所述的聚合物,其中,所述第二单体的结构式包括:
    其中,R6、R7、R8、R9各自独立地包括氢原子、取代或未取代的苯基、取代或未取代 的环烷基、直链或支链的烷基。
  6. 根据权利要求1-5中任一项所述的聚合物,其中,所述第二单体包括乙烯、苯乙烯、丁二烯或异戊二烯中的至少一种。
  7. 根据权利要求1-6中任一项所述的聚合物,其中,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体、第二单体和第三单体,所述第三单体包括不饱和腈基。
  8. 根据权利要求7所述的聚合物,其中,所述第三单体的结构式为:
    其中,R3包括氢原子或1-6个碳原子的烷基。
  9. 根据权利要求7或8所述的聚合物,其中,所述第三单体包括丙烯腈、甲基丙烯腈或乙基丙烯腈中的至少一种。
  10. 根据权利要求7-9中任一项所述的聚合物,其中,所述第一单体和所述第二单体、所述第三单体的重量比为1:0.05-0.5:0.01-0.8。
  11. 根据权利要求7-10中任一项所述的聚合物,其中,所述第一单体和所述第二单体、所述第三单体的重量比为1:0.1-0.2:0.05-0.6。
  12. 根据权利要求7-11中任一项所述的聚合物,其中,所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体、第二单体、第三单体和第四单体,所述第四单体包括不饱和酰胺基。
  13. 根据权利要求12所述的聚合物,其中,所述第四单体的结构式包括:
    其中,R4包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R5包括氢原子、羟基取代的1-6个碳原子的烷基或1-6个碳原子的烷氧基。
  14. 根据权利要求12或13所述的聚合物,其中,所述第四单体包括丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N-丁氧基甲基丙烯酰胺中的至少一种。
  15. 根据权利要求12-14中任一项所述的聚合物,其中,所述第一单体、第二单体、第三单体和第四单体的重量比为1:0.05-0.5:0.01-0.8:0.05-0.7。
  16. 根据权利要求12-15中任一项所述的聚合物,其中,所述第一单体、第二单体、第三单体和第四单体的重量比为1:0.1-0.2:0.05-0.6:0.1-0.5。
  17. 根据权利要求1-16中任一项所述的聚合物,其中,满足以下条件中的至少之一:
    所述聚合物的粒径满足:3μm≤D50≤10μm;
    所述聚合物的粒径分布=(D90-D10)/D50,所述聚合物的粒径分布小于或等于2.5;
    所述无机物的粒径为0.0001μm-2μm。
  18. 根据权利要求1-17中任一项所述的聚合物,其中,所述无机物附着在所述有机聚合物的表面和/或分散在所述有机聚合物的内部。
  19. 根据权利要求1-18中任一项所述的聚合物,其中,所述无机物包括硅的氧化物、铝的氧化物、钙的氧化物、锌的氧化物、镁的氧化物、硫酸钠、苯甲酸钠、碳酸钙及其改性材料中的至少一种。
  20. 根据权利要求1-19中任一项所述的聚合物,其中,所述无机物包括二氧化硅,所述二氧化硅的粒径为2nm-1μm。
  21. 根据权利要求1-20中任一项所述的聚合物,其中,基于所述聚合物的质量,所述有机聚合物的质量占比为50%-99.9%。
  22. 根据权利要求1-21中任一项所述的聚合物,其中,所述聚合物的外表面呈凹凸不平。
  23. 根据权利要求1-22中任一项所述的聚合物,其中,所述聚合物在-10℃至95℃范围内包括第一玻璃化转变温度和第二玻璃化转变温度,所述第一玻璃化转变温度大于所述第二玻璃化转变温度。
  24. 根据权利要求23所述的聚合物,其中,所述聚合物的第一玻璃化转变温度为30℃-75℃;和/或,
    所述聚合物的第二玻璃化转变温度为-10℃至25℃。
  25. 一种制备聚合物的方法,其中,包括:将有机聚合物和无机物混合,其中所述有机聚合物的聚合单体包括第一单体和第二单体,所述第一单体的结构式包括:
    其中,R1包括氢原子或1-6个碳原子的烷基,R2包括氢原子、取代或未取代的1-21个碳原子的烷基、3-6个碳原子的环烷基、取代或未取代的异冰片基,所述取代的1-21个碳原子的烷基中的取代基包括羟基,
    所述第二单体含有烯基。
  26. 一种隔离膜,包括权利要求1-24中任一项所述的聚合物或采用权利要求25所述方法得到的聚合物。
  27. 根据权利要求26所述的隔离膜,其中,所述隔离膜的离子电导率为0.3mS·cm-1-0.6mS·cm-1
  28. 一种极片,包括权利要求1-24中任一项所述的聚合物或采用权利要求25所述方 法得到的聚合物。
  29. 一种电池,包括权利要求26或27所述的隔离膜和/或权利要求28的所述的极片。
  30. 一种用电装置,包括权利要求29所述的电池。
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