一种电化学装置及电子装置
阅读说明：本技术 一种电化学装置及电子装置 (Electrochemical device and electronic device ) 是由 曾志鹏 张益博 魏红梅 翁秋燕 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种电化学装置及电子装置,包括电极极片,电极极片包括集流体和活性物质层,其中,在电极极片的至少一个表面上具有纤维隔离层,纤维隔离层中包括聚合物纤维,聚合物纤维的曲折度τ-(0)为：1.2<τ-(0)<1.9。本申请的纤维隔离层改善了电化学装置的自放电问题,从而提高电化学装置的性能。(The application provides an electrochemical device and electronic device, including electrode plate, electrode plate includes the mass flow body and active substance layer, wherein, has the fibre isolation layer on at least one surface of electrode plate, and including polymer fibre, polymer fibre in the fibre isolation layerTortuosity τ of dimension 0 Comprises the following steps: 1.2<τ 0 <1.9. The fibrous separator layer of the present application improves the self-discharge problem of electrochemical devices, thereby improving the performance of the electrochemical devices.)
技术领域
本申请涉及电化学技术领域，特别是涉及一种电化学装置及电子装置。
背景技术
锂离子电池具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等特点，广泛应用于电能储存、便携式电子设备和电动汽车等各个领域。随着电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对锂离子电池的性能需求也越来越高，如高能量密度需求。
通过采用静电纺丝技术直接在极片表面制备隔离层，能够减薄隔离层厚度从而提高锂离子电池的能量密度。但是，现有的隔离层由于受其中的纤维结构影响，隔离层中孔隙的大小均一性较差，导致锂离子电池出现严重的自放电问题，影响锂离子电池的性能。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电化学装置及电子装置，以改善锂离子电池的自放电问题。
需要说明的是，本申请的以下内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。
本申请的第一方面提供了一种电化学装置，其包括电极极片，电极极片包括集流体和活性物质层，其中，在电极极片的至少一个表面上具有纤维隔离层，纤维隔离层中包括聚合物纤维，聚合物纤维的曲折度τ0为：1.2<τ0<1.9，优选为1.3<τ0<1.5。
发明人研究发现，纤维隔离层通常由纳米至微米级的聚合物纤维定向或随机的结合在一起而形成，各纤维之间的随机搭接形成了大量的孔用于离子传输，但目前的纤维隔离层中孔的孔径较大且分布不均一，部分“大孔”(例如孔径大于1μm的孔)的存在会导致锂离子具有更严重的自放电问题。如果仅仅简单地减小纤维隔离层中孔径的大小，阻碍锂离子传输，从而影响锂离子电池的动力学性能。有鉴于此，本申请通过控制聚合物纤维的曲折度τ0为：1.2<τ0<1.9，能够改善纤维隔离层中孔隙的均一程度，既能改善锂离子电池自放电问题从而提高安全性，同时保证离子传输的持续通畅，提高锂离子电池的倍率性能。
本申请中，电极极片的至少一个表面上具有纤维隔离层可以指电极极片的一个表面上可以具有纤维隔离层，或者电极极片的两个表面上同时具有纤维隔离层。本申请聚合物纤维的曲折度τ0可以指：聚合物纤维的实际伸直长度(L)与聚合物纤维的卷曲长度(L0)的比值，即：τ0＝L/L0。本申请的电极极片可以指正极极片或负极极片。
本申请的一些实施例中，纤维隔离层的迂曲度τ1为：1.2<τ1<1.8，优选为1.3<τ1<1.7。通过控制纤维隔离层的迂曲度τ1在上述范围内，能够进一步改善纤维隔离层中孔隙的均一程度。本申请纤维隔离层的迂曲度可以通过以下表达式确定：其中ε为纤维隔离层的孔隙率，ρs为纤维隔离层电阻率，ρe为电解液电阻率。
本申请的一些实施例中，纤维隔离层中孔隙的平均孔径为20nm至1μm，优选为100nm至500nm。不限于任何理论，纤维隔离层中孔隙的平均孔径过小(例如小于20nm)，会导致离子传输通路不足，阻碍锂离子电池正常循环；纤维隔离层中孔隙的平均孔径过大(例如大于1μm)，会导致纤维隔离层在孔径位置处机械强度太差，无法抵抗极片表面颗粒的穿刺，例如活性物质颗粒的穿刺，容易引发局部正负极短路，造成锂离子电池电性能衰减和严重的自放电问题。本申请通过控制纤维隔离层中孔隙的平均孔径在上述范围内，能够提高锂离子电池的循环性能和安全性。
本申请的一些实施例中，纤维隔离层的孔隙率为20％至80％。不限于任何理论，纤维隔离层的孔隙率过小(例如小于20％)，会导致离子传输通路不足，阻碍锂离子电池正常循环；纤维隔离层的孔隙率过大(例如小于80％)，会导致纤维隔离层结构不稳定，纤维隔离层机械强度差，无法抵抗极片表面颗粒的穿刺，例如活性物质颗粒的穿刺，容易引发局部正负极短路，造成锂离子电池电性能衰减和严重的自放电问题。本申请通过控制纤维隔离层的孔隙率在上述范围内，能够提高锂离子电池的循环性能和安全性。
本申请的一些实施例中，纤维隔离层的厚度为0.5μm至20μm，优选为1μm至15μm，更优选为1μm至10μm。不限于任何理论，纤维隔离层的厚度过小(例如小于0.5μm)，纤维隔离层机械强度差，不利于锂离子电池安全性的提高；纤维隔离层的厚度过大(例如大于20μm)，不利于锂离子电池能量密度的提高。本申请通过控制纤维隔离层的厚度在上述范围内，能够使纤维隔离层相对于传统隔离膜更薄，在保证锂离子电池具有良好安全性的同时提高锂离子电池能量密度。
本申请的一些实施例中，聚合物纤维的直径为50nm至1μm，优选100nm至500nm。不限于任何理论，聚合物纤维的直径过小(例如小于50nm)，聚合物纤维的结构强度低，不利于锂离子电池安全性的提高；聚合物纤维的直径过大(例如大于1μm)，会影响纤维隔离层中孔隙的孔径，导致离子传输通路不足，阻碍锂离子电池正常循环。本申请通过控制聚合物纤维的直径在上述范围内，能够提高锂离子电池的循环性能和安全性。
本申请对聚合物纤维的材料没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如可以是锂离子导体材料。本申请的一些实施例中，聚合物纤维包括聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚(偏氟乙烯-共-三氟氯乙烯)、聚环氧乙烷或上述物质衍生物中的至少一种。优选为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚碳酸亚丙酯、聚环氧乙烷或上述物质衍生物中的至少一种。
本申请的一些实施例中，纤维隔离层中还可以包含无机颗粒，无机颗粒质量占纤维隔离层质量小于或等于40％，且满足以下条件(a)至(c)中的至少一者：(a)无机颗粒位于纤维隔离层的表面；(b)无机颗粒位于纤维隔离层的聚合物纤维间隙；(c)无机颗粒复合在聚合物纤维中。本申请中，通过控制无机颗粒质量占纤维隔离层质量小于或等于40％，能够使纤维隔离层具有优异的机械强度，提高纤维隔离层的抗刺穿性能，从而提高锂离子电池的安全性。
本申请的一些实施例中，无机颗粒还包括无机填料，无机填料复合在聚合物纤维中，即聚合物纤维还包含无机填料，无机填料在聚合物纤维中的质量含量为5％至10％。本申请通过将无机填料复合在聚合物纤维中，并控制无机填料的含量在上述范围内，降低了纤维隔离层中聚合物的聚合度，聚合物的无定形化有利于提高离子电导率，从而提高锂离子电池的动力学性能。
本申请的一些实施例中，无机颗粒的平均粒径为20nm至100nm，优选为20nm至50nm。通过控制无机颗粒的平均粒径在上述范围内，能够使无机颗粒具有良好的分散性，从而更均匀地分散在纤维隔离层的表面和/或内部，提高纤维隔离层的性能。
本申请对无机颗粒或无机填料没有特别限制，只要能实现本申请目的即可，例如，无机颗粒或无机填料包括二氧化铪(HfO2)、钛酸锶(SrTiO3)、二氧化锡(SnO2)、氧化铯(CeO2)、氧化镁(MgO)、氧化镍(NiO)、氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、勃姆石、氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化铝(Al(OH)3)、磷酸锂(Li3PO4)、锂钛磷酸盐(LixTiy(PO4)3，其中0<x<2且0<y<3)、锂铝钛磷酸盐(LixAlyTiz(PO4)3，其中0<x<2，0<y<1，且0<z<3)、Li1+x+y(Al,Ga)x(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12(0≤x≤1且0≤y≤1)、锂镧钛酸盐(LixLayTiO3，其中0<x<2且0<y<3)、锂锗硫代磷酸盐(LixGeyPzSw，其中0<x<4，0<y<1，0<z<1，且0<w<5)、锂氮化物(LixNy，其中0<x<4，0<y<2)、SiS2玻璃(LixSiySz，其中0≤x<3，0<y<2，且0<z<4)、P2S5玻璃(LixPySz，其中0≤x<3，0<y<3，且0<z<7)、氧化锂(Li2O)、氟化锂(LiF)、氢氧化锂(LiOH)、碳酸锂(Li2CO3)、偏铝酸锂(LiAlO2)、锂锗磷硫陶瓷(Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2)颗粒或石榴石陶瓷(Li3+xLa3M2O12，其中0≤x≤5，且M包括Te、Nb或Zr中的至少一种)颗粒中的至少一种。
本申请的一些实施例中，集流体与活性物质层之间可以具有导电涂层，提高集流体与活性物质层之间的导电性，进一步提高锂离子电池的动力学性能；和/或，纤维隔离层的至少一个表面上具有无机涂层，提高纤维隔离层的机械强度，进一步提高锂离子电池的安全性。本申请对上述导电涂层的材料没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如可以是碳纳米管、导电碳、石墨烯等导电材料。上述导电涂层可以在集流体表面双面涂覆也可以单面涂覆。
本申请对纤维隔离层的制备方法没有特别限制，可以采用本领域技术人员公知的制备方法，例如可以采用如下制备方法：
将聚合物分散在有机溶剂中，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到纺丝溶液；利用静电纺丝方法，将纺丝溶液喷涂到电极极片表面制备纤维隔离层。通过控制纺丝设备的纺丝电压、纺丝溶液的灌注速度、接收距离、纺丝溶液的浓度、纺丝时间、收集辊的转速等参数来调整聚合物纤维的曲折度、迂曲度、孔隙率、厚度等参数。
若需要制备双面具有纤维隔离层的电极极片，则可以在电极极片背面重复上述步骤，即得到双面具有纤维隔离层的电极极片。
并且，若需要提高纤维隔离层的强度及安全性，则可以在纤维隔离层的表面包括无机涂层，和/或在纤维隔离层的内部包括无机颗粒。包含无机颗粒的纤维隔离层可以通过以下方式制备：在进行聚合物纤维纺丝的同时喷涂含有无机颗粒的浆料，和/或使用包含无机填料的聚合物纤维浆料。其中，在纺丝溶液中加入无机填料，可以进一步提高纤维隔离层的热稳定性，例如加入二氧化硅、锂铝钛磷酸盐等。本申请中的无机颗粒和无机填料可以选自相同的无机物，也可以选自不同的无机物。
本领域技术人员应当理解，本申请可以在正极极片表面制备纤维隔离层，也可以在负极极片表面制备纤维隔离层，当然，还可以在正、负极极片表面同时制备纤维隔离层，只要能够实现本申请目的即可。
示例性地，可以在正极极片的其中一面制备上述纤维隔离层，或者在负极极片的其中一面制备上述纤维隔离层，或者在正极极片的两面均制备上述纤维隔离层，或者在负极极片的两面均制备上述纤维隔离层，或者在正极极片的其中一面和负极极片的其中一面制备上述纤维隔离层。
本申请纤维隔离层的制备工艺，其中的纤维隔离层集成在电极极片上，能极大的简化锂离子电池生产流程；纤维隔离层厚度可控，通过调整工艺参数能够减薄纤维隔离层厚度，从而提高锂离子电池的能量密度；本申请的工艺条件下制备的聚合物纤维具有较高的曲折度，从而提高了聚合物纤维之间的可编织能力和作用力、提高了纤维隔离层的拉伸强度，并且高曲折度的相互缠绕的聚合物纤维提高了纤维隔离层的致密度，从而有利于改善锂离子电池的自放电。
本申请中的正极极片通常包含正极集流体和正极活性物质层。其中，正极集流体没有特别限制，可以为本领域公知的任何正极集流体，例如铝箔、铝合金箔或复合集流体等。正极活性物质层包括正极活性物质，正极活性物质没有特别限制，可以使用本领域公知的任何正极活性物质，例如，可以包括镍钴锰酸锂(811、622、523、111)、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。
本申请中的负极极片通常包含负极集流体和负极活性物质层。其中，负极集流体没有特别限制，可以使用本领域公知的任何负极集流体，例如铜箔、铝箔、铝合金箔以及复合集流体等。负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质没有特别限制，可以使用本领域公知的任何负极活性物质。例如，可以包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅、硅碳、钛酸锂等中的至少一种。
本申请的锂离子电池还包括电解质，电解质可以是凝胶电解质、固态电解质和电解液中的一种或多种，电解液包括锂盐和非水溶剂。在本申请一些实施方案中，锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、LiBOB和二氟硼酸锂中的一种或多种。举例来说，锂盐可以选用LiPF6，因为它可以给出高的离子导电率并改善循环特性。非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。上述碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。上述链状碳酸酯化合物的实例为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)及其组合。环状碳酸酯化合物的实例为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)及其组合。氟代碳酸酯化合物的实例为碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯及其组合。上述羧酸酯化合物的实例为甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯及其组合。上述醚化合物的实例为二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃及其组合。上述其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、和磷酸酯及其组合。
本申请还提供了一种电子装置，包含本申请实施方案中所述的电化学装置，该电子装置具有优异的倍率性能和安全性。
本申请的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，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。
电化学装置的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本申请没有特别的限制。例如电化学装置可以通过以下过程制造：将负极极片和正极极片相叠组成叠片，然后用胶带将整个叠片结构的四个角固定好，置入铝塑膜中，经顶侧封、注电解液、封装后，得到电化学装置；或者，将负极极片和集成纤维隔离层的正极极片相对并叠好卷绕成电极组件，并根据需要将其卷绕、折叠等操作后放入壳体内，将电解液注入壳体并封口；或，将正极极片和集成纤维隔离层的负极极片相对并叠好卷绕成电极组件，并根据需要将其卷绕、折叠等操作后放入壳体内，将电解液注入壳体并封口。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于壳体中。
本申请提供了一种电化学装置及电子装置，该电化学装置的纤维隔离层中包括聚合物纤维，通过控制纤维隔离层中聚合物纤维的曲折度τ0为：1.2<τ0<1.9，能够改善纤维隔离层中孔隙的均一程度，本申请的纤维隔离层改善了电化学装置的自放电问题，从而提高电化学装置的倍率性能和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请和现有技术的技术方案，下面对实施例和现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请一种实施方案的电极极片结构示意图；
图2为本申请的另一种实施方案的电极极片结构示意图；
图3为本申请的再一种实施方案的电极极片结构示意图；
图4为本申请的第四种实施方案的电极极片结构示意图；
图5为本申请的第五种实施方案的电极极片结构示意图；
图6为本申请的第六种实施方案的电极极片结构示意图；
图7为本申请的第七种实施方案的电极极片结构示意图；
图8为本申请的一种实施方案中纺丝设备的结构示意图；
图9a为对比例5的纤维隔离层表面扫描电子显微镜(SEM)图；
图9b为实施例6的纤维隔离层的表面SEM图；
图10a为对比例5的纤维隔离层的表面SEM图(高倍数视野下，放大倍数约3000倍)；
图10b为实施例6的纤维隔离层的表面SEM图(高倍数视野下，放大倍数约3000倍)；
图11a为普通纤维隔离层的平面拉伸示意图；
图11b为本申请纤维隔离层的平面拉伸示意图；
图12a为普通纤维隔离层的立体结构示意图；
图12b为本申请纤维隔离层的立体结构示意图。
附图标记：1：正极集流体；2：正极导电涂层；3：正极活性物质层；4：纤维隔离层；5：负极活性物质层；6：负极导电涂层；7：负极集流体；8：无机涂层。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图和实施例，对本申请进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他技术方案，都属于本申请保护的范围。
图1示出了本申请一种实施方案的电极极片结构示意图，即纤维隔离层4在电极极片中单面设置的示意图。参考图1，正极集流体1的表面设置有正极活性物质层3，正极活性物质层3的表面设置有纤维隔离层4，纤维隔离层4在电极极片中单面设置。当然，在另一种实施方案中，可以是负极集流体7的表面设置有负极活性物质层5，负极活性物质层5的表面设置有纤维隔离层4。
图2示出了本申请另一种实施方案的电极极片结构示意图，即纤维隔离层4在正极极片中双面设置的示意图。参考图2，正极集流体1的两面均设置有正极活性物质层3及纤维隔离层4。纤维隔离层4背离正极活性物质层3的一面设置有负极活性物质层5及负极集流体7。
图3示出了本申请再一种实施方案的电极极片结构示意图，即纤维隔离层4在电极极片中单面设置及增加导电涂层的示意图。参考图3，正极集流体1的表面依次设置有正极导电涂层2、正极活性物质层3及纤维隔离层4，纤维隔离层4在电极极片中单面设置。
图4示出了本申请第四种实施方案的电极极片结构示意图，即纤维隔离层4在正极极片中双面设置及增加导电涂层的示意图。参考图4，正极集流体1的两面均设置有正极导电涂层2、正极活性物质层3及纤维隔离层4，纤维隔离层4背离正极活性物质层3的一面依次设置有负极活性物质层5、负极导电涂层6及负极集流体7。
图5示出了本申请第五种实施方案的电极极片结构示意图，即纤维隔离层4在电极极片中单面设置及增加导电涂层、无机涂层的示意图。参考图5，正极集流体1的表面依次设置有正极导电涂层2、正极活性物质层3、纤维隔离层4及无机涂层8，纤维隔离层4在电极极片中单面设置。
图6示出了本申请第六种实施方案的电极极片结构示意图，即纤维隔离层4在正极极片中双面设置及增加导电涂层、无机涂层的示意图。参考图6，正极集流体1的两面均设置有正极导电涂层2、正极活性物质层3、纤维隔离层4及无机涂层8。
图7示出了本申请第七种实施方案的电极极片结构示意图，即纤维隔离层4在负极极片中双面设置及增加导电涂层、无机涂层的示意图。参考图7，负极集流体7的两面均设置有负极导电涂层6、负极活性物质层5、纤维隔离层4及无机涂层8。
图8为本申请的一种实施方案中纺丝设备的结构示意图，参考图8，该纺丝设备包括电纺丝喷头11、收集辊12以及极片13。本申请的接收距离可以指电纺丝喷头11与极片13之间的垂直距离。
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明，“份”、“％”为质量基准。
测试方法和设备：
聚合物纤维的曲折度τ0测试：
聚合物纤维的曲折度测试方式可以参考申请号为97195703.7、201922086518.2中测试方法进行。
通过图像分析法测量聚合物纤维曲折度τ0的过程，主要包括输入图像的预处理、轮廓跟踪、聚合物纤维的特征抽取和识别以及有关参数的计算和分析。另外，在测试前需用目镜测微尺和物镜测微尺进行图像的象素标定。将聚合物纤维样品放在载物台上，经摄像物镜和CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)成像后，将成像采集到计算机中，由测长软件对图像中的聚合物纤维进行特征抽取、识别和测量，然后进行测量。
测试过程中聚合物纤维的测量可以采用反射光和投射光两种光源信号采集纤维图像。获取图像信息后，可用软件分析对图像背景不均匀性进行预处理，获得清晰的聚合物纤维的轮廓，从而测量聚合物纤维的实际长度L与弯曲长度L0，并根据表达式τ0＝L/L0，进一步求得聚合物纤维的曲折度。可以整合图像视野下纤维曲折度数据，也即可以测量图像视野下多根聚合物纤维的曲折度，然后进行统计，例如计算多根聚合物纤维曲折度的平均值。
纤维隔离层的迂曲度τ1测试：
采用麦克马林公式计算纤维隔离层的迂曲度：其中ε为纤维隔离层的孔隙率，ρs为纤维隔离层电阻率，ρe为电解液电阻率。
纤维隔离层中孔隙的孔径测试：
①用液体将待测隔膜(例如纤维隔离层)孔道完全润湿填满，因毛细现象使得孔道内形成正压；
②将隔膜放入密闭槽中，用气体压力加压将液体由毛细孔道内挤出；
③根据在单一孔道中的液体完全由毛细孔道内挤出时所施压力与孔道直径的相对关系，依照Laplace方程可得隔膜孔径，Laplace方程如下式所示：
d＝-4γcosθ/ΔP×100％
式中，d为孔直径，ΔP为压力，γ为液体表面张力，θ为隔膜和液体的接触角。不同压力时隔膜中的液体会被陆续挤出并产生一定的气体穿透流量，可根据压力和流量变化的关系来计算孔径大小及孔径分布。
纤维隔离层的孔隙率测试：
将纤维隔离层样品在105℃真空干燥箱中烘干2h，取出置于干燥器中冷却后再测试，将隔离膜用A4纸包裹平整，平铺在刀模上，用冲压机冲压，备好样品做测试用。先使用万分尺测量样品的厚度，根据样品表面积和厚度来计算样品的表观体积V1，再使用真密度仪测(型号AccuPycⅡ)测试样品的真实体积V2，可以得出孔隙率＝(V1-V2)/V1×100％。
纤维隔离层的厚度测试：
常温环境下，取纤维隔离层沿横向方向裁切成50mm宽的样条，三个平行样，使用万分尺测厚仪(Mitutoyo Litematic VL-50B，测试头直径5mm，测试下压力0.01N)沿横向方向的中央位置均匀测试10个数据点，测试完3个平行样后，取30个测试数据的平均值作为纤维隔离层的厚度。
聚合物纤维的直径测试：
纤维隔离层通过SEM图像以10000倍的放大倍率进行拍摄，在视野范围内对其中纤维直径进行统计，计算其平均直径。
无机颗粒粒径测试：
使用激光粒度仪测试无机颗粒的平均粒径。
也可以通过SEM图像等方式对无机颗粒的粒径进行统计，并计算其平均粒径。
纤维隔离层与负极极片之间粘结力测试：
①将制备好的含有纤维隔离层的极片制成符合拉伸机测试的标准试样条，并固定在测试钢板上；
②手动将纤维隔离层小心剥离，拉伸机夹头一头夹住极片与钢板固定，另一头夹住纤维隔离层；
③用万能拉伸机拉伸，将条状试样的纤维隔离层逐渐剥离，并记录分离时的力值；
④通过步骤③得到的力值，计算出聚合物纤维层与极片之间的粘结力；
锂离子电池自放电速率测试：
将锂离子电池以0.5C的电流放电至3.0V，静置5min，接着将锂离子电池以0.5C的电流恒定电流充电至3.85V，然后以3.85V的恒定电压充电至电流为0.05C，在25℃±3℃的环境中静置两天，测试并记录此时的电压OCV1。接着，将锂离子电池继续在25℃±3℃的环境静置两天，测试并记录此时的电压OCV2，通过如下公式获得K值：K(mV/h)＝(OCV2-OCV1)/48h×1000。
2C放电比容量与0.1C放电比容量测试：
将各实施例和各对比例中的锂离子电池，运用蓝电(LAND)系列电池测试系统对锂离子电池进行充放电测试，测试其充放电性能，在常温下以0.1C倍率恒定电流充电至电压达到4.2V，进一步在4.2V恒定电压下充电至电流低于0.05C，使其处于4.2V满充状态。
随后在2C倍率下恒流放电，直到电压为3.0V停止，得到的容量即为2C放电比容量，记为SC1；按照上述充电过程将锂离子电池充电，使其处于4.2V满充状态，然后在0.1C倍率下恒流放电，直到电压为3.0V停止，得到的容量即为0.1C放电比容量，记为SC2；则2C放电比容量与0.1C放电比容量比例为：(SC1/SC2)×100％。
容量保持率：
将锂离子电池以0.5C的电流恒定电流充电至4.2V，然后以4.2V的电压恒定电压充电至电流为0.05C，在25℃±3℃的环境中静置10min，然后以0.5C的电流放电至3.0V，记录首次放电容量为Q1，如此重复循环50次，记录此时放电容量为Q50，通过如下公式得到50次循环后的容量保持率η：η＝Q50/Q1×100％。
实施例1
<1-1.负极极片的制备>
将负极活性物质石墨、导电炭黑、丁苯橡胶按照质量比96︰1.5︰2.5进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为70％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为8μm的铜箔的一个表面上，110℃条件下烘干，得到负极极片。
以上步骤完成后，即已完成负极极片的单面涂布。之后，以完全一致的方法，在该极片背面也完成这些步骤，即得到双面涂布完成的负极极片。涂布完成后，将极片裁切成(41mm×61mm)的规格待用。
<1-2.正极极片的制备>
将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97.5︰1.0︰1.5混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成固含量为75％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为12μm的铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，得到正极极片。以上步骤完成后，即已完成正极极片的单面涂布。之后，以完全一致的方法，在该极片背面也完成这些步骤，并在90℃条件下烘干涂层中的分散剂，即得到双面涂布完成的正极极片。涂布完成后，将极片裁切成(38mm×58mm)的规格待用。
<1-2-1.纺丝溶液的制备>
将PVDF分散在二甲基甲酰胺(DMF)︰丙酮＝7︰3的混合溶剂中，搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到固含量为25％的纺丝溶液。
<1-2-2.纤维隔离层的制备>
在正极极片表面通过静电纺丝的方法，按照表1所示的工艺参数将纺丝溶液喷涂在正极极片的正极活性物质层表面，制备一层厚度为15μm的PVDF纤维隔离层，该PVDF纤维隔离层的平均孔径、厚度、孔隙率、曲折度、迂曲度等如表1所示。
<1-3.电解液的制备>
在干燥氩气气氛中，将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC︰EMC︰DEC＝30︰50︰20混合得到有机溶液，然后向有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到LiPF6的浓度为1.15Mol/L的电解液。
<1-4.锂离子电池的制备>
将涂布好的负极极片和正极极片相对并叠好形成如图2所示的结构。用胶带将整个叠片结构的四个角固定好后，置入铝塑膜中，经顶侧封、注液、封装后，最终得到锂离子叠片电池。
实施例2、实施例3、实施例4
除了在<正极极片的制备>中，按照表1所示的工艺参数制备纤维隔离层，使制得的纤维隔离层的平均孔径、厚度、孔隙率、曲折度、迂曲度等如表1所示以外，其余与实施例1相同。
实施例5
除了<纤维隔离层的制备>与实施例1不同以外，其余与实施例1相同。
<5-2-2.纤维隔离层的制备>
将二氧化硅(平均粒径为2μm)分散在DMF︰丙酮＝7︰3的混合溶剂中，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到固含量为40％的浆料A作为原料。
利用电喷涂的方法将纺丝溶液和浆料A喷涂在正极极片的正极活性物质层表面，使无机颗粒二氧化硅同步制备到正极极片表面，得到在聚合物纤维间隙具有无机填料的纤维隔离层。该纤维隔离层的厚度、平均孔径、厚度、孔隙率、曲折度、迂曲度等如表1所示。
实施例6
除了<纤维隔离层的制备>与实施例1不同以外，其余与实施例1相同。
在纺丝溶液中加入无机颗粒前驱体正硅酸钠乙酯(TEOS)，并搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到质量分数为40％的悬浊液B作为原料。
利用电喷涂的方法将悬浊液B喷涂在正极极片的正极活性物质层表面，得到在聚合物纤维内部具有无机颗粒的纤维隔离层。该纤维隔离层的厚度、平均孔径、厚度、孔隙率、曲折度、迂曲度等如表1所示。
实施例7、实施例8
除了在<正极极片的制备>中，如表1所示调整纤维隔离层的平均孔径以外，其余与实施例1相同。
实施例9、实施例10、实施例11、实施例12
除了在<正极极片的制备>中，如表1所示调整纤维隔离层的厚度以外，其余与实施例1相同。
实施例13
除了在<正极极片的制备>中，制备聚合物纤维的聚合物选用聚环氧乙烷(PEO)以外，其余与实施例1相同。
实施例14
除了在负极极片的表面制备纤维隔离层、不在正极极片的表面制备纤维隔离层以外，其余与实施例1相同。
实施例15
<15-1.负极极片的制备>
将负极活性物质石墨、导电炭黑、丁苯橡胶按照质量比96︰1.5︰2.5进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为70％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为8μm的铜箔的一个表面上，110℃条件下烘干，得到负极极片。涂布完成后，将极片裁切成74mm×851mm的规格待用。
以上步骤完成后，即已完成负极极片的单面涂布。之后，以完全一致的方法，在该极片背面也完成这些步骤，即得到双面涂布完成的负极极片。
<15-2.正极极片的制备>
将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97.5︰1.0︰1.5混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成固含量为75％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为12μm的铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，得到正极极片。涂布完成后，将极片裁切成(74mm×867mm)的规格待用。
<15-2-1.纺丝溶液的制备>
将PVDF分散在二甲基甲酰胺(DMF)︰丙酮＝7︰3的混合溶剂中，搅拌均匀至浆料粘度稳定，得到固含量为25％的纺丝溶液。
<15-2-2.纤维隔离层的制备>
在正极极片表面通过静电纺丝的方法，按照表1所示的工艺参数将纺丝溶液喷涂在正极极片的正极活性物质层表面，制备一层厚度为15μm的PVDF纤维隔离层，该PVDF纤维隔离层的平均孔径、厚度、孔隙率、曲折度、迂曲度等如表1所示。
以上步骤完成后，即已完成正极极片的单面涂布。之后，以完全一致的方法，在该极片背面也完成这些步骤，并在90℃条件下烘干涂层中的分散剂，即得到双面涂布完成的正极极片。
<15-3.电解液的制备>
在干燥氩气气氛中，将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC︰EMC︰DEC＝30︰50︰20混合得到有机溶液，然后向有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到LiPF6的浓度为1.15Mol/L的电解液。
<15-4.锂离子电池的制备>
将制备好的负极极片和集成隔离层的正极极片相对并叠好卷绕成电极组件，然后卷绕结构收尾处、极耳处，正极头部区域贴胶后，置入铝塑膜中，经顶侧封、注液、封装后，得到锂离子电池。
对比例1
除了<正极极片的制备>与实施例1不同、隔离膜选用厚度为15μm的聚乙烯(PE)隔离膜以外，其余与实施例1相同。
<正极极片的制备>
将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97.5︰1.0︰1.5混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成固含量为75％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为12μm的铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，得到正极极片。
以上步骤完成后，即已完成正极极片的单面涂布。之后，以完全一致的方法，在该极片背面也完成这些步骤，即得到双面涂布完成的正极极片。涂布完成后，将极片裁切成(38mm×58mm)的规格待用。
对比例2
除了在聚乙烯隔离膜表面制备一层无机涂层，得到具有无机涂层的聚乙烯隔离膜以外，其余与对比例1相同。
<无机涂层的制备>
将二氧化硅(平均粒径为2μm)分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中形成固含量为50％的浆料，随后采用微凹版涂布法将所得浆料均匀涂布到隔离膜基材(聚乙烯，厚度15μm)的其中一面上，经干燥处理后得到无机涂层，无机涂层厚度为0.5μm。
对比例3
除了在<正极极片的制备>中，按照表1所示的工艺参数制备纤维隔离层，使制得的纤维隔离层的平均孔径、厚度、孔隙率、曲折度、迂曲度等如表1所示以外，其余与实施例1相同。
对比例4
除了在<正极极片的制备>中，按照表1所示的工艺参数制备纤维隔离层，使制得的纤维隔离层的平均孔径、厚度、孔隙率、曲折度、迂曲度等如表1所示以外，其余与实施例5相同。
对比例5
除了在<正极极片的制备>中，按照表1所示的工艺参数制备纤维隔离层，使制得的纤维隔离层的平均孔径、厚度、孔隙率、曲折度、迂曲度等如表1所示以外，其余与实施例6相同。
从实施例1至4和对比例1可以看出，与普通PE隔离膜相比，本申请的纤维隔离层能够显著提高隔离层与极片间的界面粘接力。通过控制纤维隔离层的曲折度τ0在本申请范围内，本申请的锂离子电池能够在维持较低自放电速率的情况下，其2C放电比容量与0.1C放电比容量比例以及50圈后的放电容量与首次放电容量的比例显著提高，表明本申请的锂离子电池具有优异的倍率性能及较低的自放电速率。
从实施例1至4和对比例2可以看出，与具有无机涂层的普通PE隔离膜相比，本申请的纤维隔离层具有更高的孔隙率，因此能够防止无机颗粒的堵孔风险，并且本申请的锂离子电池具有优异的倍率性能及较低的自放电速率。
从实施例1至4和对比例3可以看出，与普通纺丝纤维隔离层相比，本申请的高曲折度纤维隔离层能够显著提高隔离层的抗拉强度。由于本申请的纤维隔离层具有较高的面密度，因此减小了纤维隔离层中存在大孔隙的风险，改善锂离子电池的自放电问题，使本申请的锂离子电池具有优异的倍率性能及较低的自放电速率。
从实施例5和对比例4可以看出，在纤维隔离层中同样含有无机填料的情况下，本申请的高曲折度纤维隔离层能够明显提高纤维隔离层的抗拉强度，并且本申请的锂离子电池具有优异的倍率性能及较低的自放电速率。
从实施例6和对比例5可以看出，在聚合物纤维内部同样具有无机颗粒的情况下，本申请的高曲折度纤维隔离层能够明显提高纤维隔离层的抗拉强度，并且本申请的锂离子电池具有优异的倍率性能及较低的自放电速率。
从实施例1至6可以看出，当纤维隔离层中含有无机填料或聚合物纤维中含有无机颗粒时，能够进一步提高锂离子电池的动力学性能，改善锂离子电池的自放电速率。
纤维隔离层的平均孔径、厚度、聚合物纤维的材料、纤维隔离层的设置位置及锂离子电池的结构通常也会对锂离子电池的动力学性能产生影响，从实施例7至15可以看出，只要使得上述参数在本申请范围内，就能够得到具有较低自放电速率、倍率性能优异的锂离子电池。
从图9a和图9b及图10a和图10b可以看出，本申请实施例6的纤维隔离层相较于对比例5的纤维隔离层，其聚合物纤维更加曲折，表明具有较高的曲折度，从而提高了聚合物纤维之间的可编织能力和作用力，还能够提高纤维隔离层的拉伸强度。高曲折度的相互缠绕的聚合物纤维提高了纤维隔离层的致密度，从而有利于改善锂离子电池的K值，提高锂离子电池的安全性。
从图11a和图11b可以看出，本申请的具有高曲折度的纤维隔离层，由于曲折度更高，因此在受到拉力F作用时具有更高的抗拉强度，使纤维隔离层具有更高的机械强度。
从图12a和图12b可以看出，本申请的具有高曲折度的纤维隔离层，在具有更高的面密度的同时，其中的孔隙能够形成离子传输通路，保证锂离子正常传输，使锂离子电池具有较低的自放电速率的同时具有优异的动力学性能。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
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