CN101212039B - 电池极片及其制备方法以及电极片芯和二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电极极片，该极片包括集流体和和涂覆在集流体上的电极材料，其中，所述电极极片两个平面的电极材料的面密度延电极极片的的长度方向变化，并且两个平面上的材料的面密度变化方向相反。本发明还提供了制备这种电极极片的方法，包括该电极极片的电极片芯，包括该电极极片的二次电池以及一种用于制备该电极极片的拉浆设备。采用本发明提供的电极极片制成的二次电池，能够降低二次电池晶体析出，极化等问题的出现几率，在过充、循环等方面达到更好的安全和使用性能。
Description
技术领域
本发明是关于一种电池极片及其制备方法以及包括该极片的电极片芯和电池。
背景技术
二次电池包括电极片芯和电解液，电极片芯和电解液密封在电池壳体内。电极片芯由正极极片、隔膜以及负极极片叠在一起，通过卷针卷绕而成。
以锂离子二次电池为例，锂离子二次电池包括电极片芯和非水电解液，电极片芯和非水电解液密封在电池壳体内。电极片芯由正极极片、隔膜以及负极极片叠在一起，通过卷针卷绕而成。
一般在一个电池中，正、负极极片涂敷的材料是按照电极反应方程式的对应量配比的。然后将极片材料均匀的附着在在集流体上(正极是铝箔，负极是铜箔)。这种配比是对总的极片材料量的考虑，然后均匀涂层。因为材料量在集流体上是均匀分布的，将正负极极片叠在一起，在水平平铺的情况下，每个局部的配比也都与电极反应方程式中相符。
采用这种极片卷绕而成电极片芯，在局部会出现正极过量或负极过量的问题，用这种电极片芯制成的锂离子二次电池，会由于局部的极化、锂枝晶析出，影响电池使用性能，其过充的安全性较低、循环使用中电池容量衰减率较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有锂离子电池过充的安全性较低、循环使用中电池容量衰减率较大的缺点，提供一种使电池安全性较高、循环使用中电池容量衰减率较小的电极极片。
本发明的第二个目的是提供该电极极片的制备方法。
本发明的第三个目的是提供包括该电极极片的电极片芯。
本发明的第四个目的是提供包括该电极极片的二次电池。
本发明的第五个目的是提供一种用于制备该电极极片的拉浆设备。
本发明提供的电极极片包括集流体和和涂覆在集流体上的电极材料，其中，所述电极极片的厚度沿其长度方向相同，所述电极极片两个平面的电极材料的面密度沿电极极片的的长度方向匀速变化，并且两个平面上的材料的面密度变化方向相反。
本发明提供的电池电极极片的制备方法包括将含有电极活性材料的浆料涂覆在集流体两面，干燥并压片使得所述电极极片的厚度相同，其中，将含有电极活性材料的浆料涂覆在集流体两面的量使所述极片两个面的电极活性材料的面密度沿电极极片的长度匀速方向变化，并且两个面上的电极材料的面密度变化方向相反。
本发明提供的电极片芯包括正极极片、隔膜以及负极极片，正极极片、隔膜以及负极极片叠在一起卷绕形成电极片芯，其中，负极极片或者正极极片为本发明提供的极片；所述负极或者正极极片卷绕后，极片第一面作为内层面，内层面的负极材料面密度自外向内逐渐递减，第二面作为外层面，外层面的负极材料面密度自外向内逐渐递增。
本发明提供的二次电池包括电池壳、电极片芯和电解液，电极片芯和电解液密封在电池壳内，其中，所述电极片芯为本发明提供的电极片芯。
本发明提供的用于制备该电极极片的拉浆设备包括同时给极片两个平面拉浆的第一辊轮和第二辊轮、上料口、从动带轮和主动带轮，其中，第一辊轮和第二辊轮的径向截面为曲面，该曲面上至少一部分曲面A⌒B为变径曲面。
电池正极极片或负极极片两个面的电极材料面密度在一个完整极片上呈不均匀分布。由于负极极片与正极极片弯曲时内外层曲率不等，会产生，极片外层电极材料过量，极片内层电极材料缺量的问题，本方面提过的极片通过较少过量部分的电极材料，增加缺量部分的电极材料，从而解决了上述
采用这种正极极片或负极极片制成的电极片芯以及使用这种电极片芯制成的锂离子二次电池，在极片各个局部达到了正负极的理想对比，能够降低二次电池晶体析出，极化等问题的出现几率，在过充、循环等方面达到更好的安全和使用性能。
本发明提供的电极极片的制备方法在拉浆过程中，动态控制电极材料厚度，使一个完整极片的电极材料厚度从开始到结束延电极极片的的长度方向变化，在压片时，又通过控制厚度，将极片各部分厚度压为一致。这样制出的极片上的电极材料面密度就会呈沿极片长度方向变化，而极片的厚度仍然是均匀的。
使用由变径曲面的辊轮可以实现极片拉浆时精确控制电极材料的厚度延电极极片的的长度方向变化，所制得的极片厚度变化精确，质量好。
附图说明
图1是本发明提供的电极极片的结构示意图；
图2是本发明提供的极片卷绕方式示意图；
图3是本发明提供的极片与所对应极片和隔膜卷绕成电极片芯的结构示意图；
图4是本发明提供的电池极片拉浆设备主要部件的结构示意图；
图5是本发明提供的电池极片拉浆设备中辊轮的径向截面的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方式作详细说明。
如图2、图3所示，极片要通过卷绕形成电极片芯，卷绕后正极极片、负极极片以及隔膜形成由外到内的螺旋圆，正极极片与负极极片形成的螺旋圆周长有差别。以18650圆柱形电池为例，其卷绕后的电芯，负极极片与正极极片(包括隔膜、集流体)加起来的厚度为300微米左右，则负极极片与正极极片形成的螺旋圆每一圈周长相差1884微米。使用一般的极片，由于没有考虑上述因素，卷绕之后在外的极片会因此而过量，在内的极片会缺量。
图1所示为本发明提供的一种电池电极极片，该极片包括集流体10和电极材料20，其中，所述电极极片第一平面10a和第二平面10b的电极材料的面密度延电极极片的的长度方向变化，并且两个平面上的材料的面密度变化方向相反。
采用这种面密度沿极片的的长度方向变化，有效的消除了在极片弯曲后，因内外层存在的周长差而导致在外的极片过量，在内的极片缺量的问题。
优选的情况下，从电极极片长度方向的一端到另一端，极片的第一平面10a的电极材料面密度逐渐递减，第二平面10b的面密度逐渐递增。
面密度逐渐递减或递增的速度优选为每米极片减少或增加0.5-10毫克/厘米2电极材料，并且递减或递增的速度均匀。
根据实际使用中电池的容量，所述电极极片的第一平面10a的电极材料面密度大的一端5的面密度为5-50毫克/厘米2，更优选为10-30毫克/厘米2，密度小的一端7的面密度为1-40毫克/厘米2，更优选为6-27毫克/厘米2；所述电极极片的第二平面10b的电极材料面密度大的一端6的面密度5-100毫克/厘米2，更优选为14-37毫克/厘米2，密度小的一端4的面密度5-50毫克/厘米2，更优选为为10-30毫克/厘米2。
如图2所示极片在卷绕后会形成多层螺旋圆，其最外一层螺旋圆的外表面没有相对应的正极或负极，所以这一部分不需要有电极材料，这部分的长度为极片在卷绕后，最外一层螺旋圆的周长，其计算为公知的，采用圆周长的公式s＝2Лr来算出，其中s为最外一层螺旋圆的周长，Л为圆周率，r为最外一层螺旋圆的半径。这些为本领域技术任意所公知。
按照本发明提供的电池电极极片的制备方法，该方法包括将含有电极活性材料的浆料涂覆在集流体10两面，干燥并压片，其中，将含有电极活性材料的浆料涂覆在集流体10两面的量使所述电极极片两个面的电极材料的面密度延电极极片的的长度方向变化，并且两个面上的电极材料的面密度变化方向相反。
在制备电池极片时，要达到极片上电极材料的面密度延电极极片的的长度方向变化，使用控制涂覆的电极材料厚度容易实现，因此，该制备方法优选为，将含有电极活性材料的浆料涂覆在集流体10两面，使干燥后电极极片两个面的电极材料的厚度延电极极片的的长度方向变化，并且两个面上的电极材料的厚度变化方向相反。
优选的情况下，所述电极极片两个面的电极材料的厚度变化为从电极极片长度方向的一端到另一端，第一面10a的电极材料厚度逐渐递减，第二面10b的厚度逐渐递增。
厚度逐渐递减或递增的速度为每米电极极片减少或增加5-100微米电极材料，更优选为11-44微米，并且递减或递增的速度均匀。
考虑到实际使用中的电池的容量，活性材料涂敷的厚度优选为极片的第一面10a活性材料厚度大的一端5的厚度为50-500微米，更优选为150-300微米，厚度小的一端7的的厚度为10-400微米，更优选为70-240微米；第二面活性材料厚度大的一端6的厚度为50-1000微米，更优选为170-320微米，厚度小的一端4的厚度为50-500毫米，更优选为150-300微米。
给电极极片涂敷电极材料，可以采用手工涂敷，条缝挤压涂敷或辊轮涂涂敷。
优选情况下，给电极极片涂敷电极材料采用辊涂涂敷，所述辊涂涂敷也叫做拉浆，拉浆时采用本发明提供的如下拉浆设备。
如图4、图5所示，本发明提供的拉浆设备包括同时给极片两个平面拉浆的第一辊轮11和第二辊轮22、上料口33、从动带轮44和主动带轮55，其中第一辊轮11和第二辊轮22的径向截面为曲面，该曲面上至少一部分曲面A⌒B为变径曲面。
在拉浆过程中，两个辊轮分别控制电极极片的两个面电极材料的厚度，第一辊轮11对应于电极极片的第一平面10a，第二辊轮22对应于电极极片的第二平面10b。因此，优选的情况下，所述的变径曲面A⌒B部分从开始端到结束端与辊轮轴中心O的距离逐渐增大；的变径曲面A⌒B部分从开始端到结束端与辊轮轴中心O的距离逐渐减小。
所述第一辊轮11和第二辊轮22的变径曲面A⌒B部分与辊轮轴中心O的距离递增或递减的速度为每米增加或减少5-100微米，更优选为11-44微米，并且递减或递增的速度均匀。
所述第一辊轮11和第二辊轮22的变径曲面A⌒B部分开始与结束端的最大差值为5-100微米。
这样的辊轮可以实现极片拉浆时精确控制电极材料的厚度递增或递减，同时该设备采用第一辊轮11和第二辊轮22同时给极片两面拉浆，所制得的极片精度高，质量好。
如图5所示，电极极片在制备过程中是通过拉浆设备连续给集流体涂敷电极材料，在干燥后，再按照一个完全极片长度进行裁片，一部分极片将被裁掉。为节约浆料，在优选的情况下，所述第一辊轮11和第二辊轮22的曲面还包括一段近似圆弧B⌒A，所述两个辊轮的近似圆弧B⌒A长度为5-100毫米，更优选为12-64毫米。近似圆弧B⌒A对应的就是裁片中极片被裁掉的部分。
此外，在极片制备中，通过辊轮控制经过辊轮的集流体电极材料的厚度，因此辊轮的转动速度应该与拉出的极片长度有关。优选的情况下，第一辊轮11和第二辊轮22按照设定速率匀速旋转，所述设定速率为为2-18转/分。在此范围，根据辊轮旋转一周的时间与拉出一个完全极片长度的时间相等来选择辊轮的速率，可以实现本发明提供的辊轮变径曲面对于极片材料厚度变化的控制作用。
前面极片中所述电极极片一部分不需要有电极材料，在拉浆过程通过间歇式拉浆来实现，间歇式拉浆方法为本领域技术人员所公知。
由于在将含有电极活性材料的浆料涂覆在集流体10的的过程中，动态控制电极材料厚度，使一个完整极片的电极材料的厚度从开始到结束呈递增或递减变化，而要实现面密度变化，则需在涂层、干燥后，将极片各部分厚度压为一致。在涂层中电极材料厚度是变化的，压片时将极片各部分厚度压为一致，制出的极片上的电极材料面密度就会根据厚度的变化而变化。因此，在优选的情况下，所述压片的压力使涂敷在集流体10同一面的电极材料20的厚度基本相同。
拉浆后还包括干燥，裁片工序，为本领域技术人员所公知。
如图1、图2、图3所示，本发明提供的电池电极片芯，该电极片芯包括正极极片1、隔膜3以及负极极片，正极极片1、隔膜3以及负极极片2叠在一起卷绕形成电极片芯，其中，负极极片2或者正极极片1为本发明提供的极片；所述负极极片2或者正极极片1卷绕后，极片第一面10a作为内层面，内层面的负极材料面密度自外向内逐渐递减，第二面10b作为外层面，外层面的负极材料面密度自外向内逐渐递增。
这种电池电极片芯由于负极极片2或正极极片1采用本发明提供的极片，在卷绕成电极片芯后，由于其中的一个极片上的外层材料密度越来越小，消除了极片卷绕之后极片外层电极材料过量，内层材料密度越来越大，消除了内层电极材料短缺的问题，使电极片芯在极片各个局部达到了正负极的理想对比。
本发明提供的二次电池，该电池包括电池壳、电极片芯和电解液，电极片芯和电解液密封在电池壳内，其中，所述电极片芯优选为本发明所提供的电极片芯。
这种二次电池采用由电极材料面密度变化的负极极片或正极极片制成的电极片芯，在极片各个局部达到了正负极的理想对比，降低了二次电池中晶体析出，极化等问题的出现几率。
如图4、图5所示，本发明还提供了一种电池极片拉浆设备，该拉浆设备同前边电极极片制备方法中所述的拉浆设备一致。
按照本发明提供的电极片芯以及二次电池的结构为本领域技术人员所公知。正、负极片组成，隔膜，电解液也为本领域技术人员所公知。以锂离子二次电池为例，做如下说明。
一般来说，正极片包括正极集电体以及涂覆和/或填充在所述正极集电体上的正极材料。所述正极材料可以含有正极活性物质、导电剂和粘合剂。
所述正极活性物质可以为本领域常规的可嵌入脱嵌锂的正极活性物质，优选以下物质中的一种或几种：LixNi1-yCoO2(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、Li1+aMbMn2-bO4(其中，-0.1≤a≤0.2，0≤b≤1.0，M为锂、硼、镁、铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、氟、碘、硫元素中的一种)、LimMn2-nBnO2(其中，B为过渡金属，0.9≤m≤1.1，0≤n≤1.0)。
所述导电剂没有特别限制，可以为本领域常规的正极导电剂，比如乙炔黑、导电碳黑和导电石墨中的至少一种。以正极活性物质的重量为基准，所述导电剂的含量为1-15重量％，优选为2-10重量％。
所述粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如含氟树脂和聚烯烃化合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，根据所用粘合剂种类的不同，以正极活性物质的重量为基准，粘合剂的含量为0.01-8重量％，优选为0.02-5重量％。
正极集电体可以为锂离子电池中常规的正极集电体，例如可以使用铝箔作为正极集电体。
所述正极片的制备方法中除拉浆中通过辊轮控制活性材料涂敷厚度均匀变化的方法为本发明提供的外，其它均为常规的制备方法。例如，将所述正极活性物质、导电剂和粘合剂与溶剂混合制得正极浆料，将正极浆料涂覆和/或填充在所述集电体上，干燥，冲裁即可得到所述正极片。其中，所述的溶剂可以选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)以及水和醇类中的一种或几种。溶剂的用量能够使正极浆料具有粘性和流动性，能够涂覆到所述集电体上即可。一般来说以正极活性物质的重量为基准，所述溶剂的含量5-70重量％，优选为15-60重量％。
一般来说，负极片包括负极集电体以及涂覆和/或填充在所述负极集电体上的负极材料。所述负极材料可以含有负极活性物质、导电剂和粘合剂。
所述的负极活性物质没有特别限制，可以为本领域常规的可嵌入释出锂的负极活性物质，比如天然石墨、人造石墨、石油焦、有机裂解碳、中间相碳微球、碳纤维、锡合金、硅合金中的一种或几种，优选天然石墨。
所述粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如含氟树脂和聚烯烃化合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。以所述负极活性物质的重量为基准，所述粘合剂的含量为0.01-8重量％，优选为0.02-5重量％。
所述导电剂可以为本领域常规的负极导电剂，比如乙炔黑、导电碳黑和导电石墨中的至少一种。以负极活性物质的重量为基准，所述导电剂的含量为1-15重量％，优选为2-10重量％。
负极集电体可以为锂离子电池中常规的负极集电体，例如可以使用铜箔作为负极集电体。
所述负正极片的制备方法中除拉浆中通过辊轮控制活性材料涂敷厚度均匀变化的方法为本发明提供的外，其它均为常规的制备方法。例如，将负极活性物质、导电剂和粘合剂与溶剂混合制得负极浆料，将负极浆料涂覆和/或填充在所述集电体上，干燥，冲裁，即可得到所述负极。其中，所述的溶剂可以选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)以及水和醇类中的一种或几种，优选为水。溶剂的用量能够使所述糊状物具有粘性和流动性，能够涂覆到所述集电体上即可。一般来说，以负极活性物质的重量为基准，所述溶剂的用量为100-150％。其中，干燥，压模的方法和条件为本领域技术人员所公知。
所述电解液可以为本领域公知的非水电解液或凝胶电解液。所述非水电解液为电解质锂盐和非水溶剂的混合溶液，电解质锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、卤化锂、氯铝酸锂及氟烃基磺酸锂中的一种或几种。有机溶剂选用链状酸酯和环状酸酯混合溶液，其中链状酸酯可以为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链状有机酯类中的至少一种，环状酸酯可以为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、γ-丁内酯(γ-BL)、磺内酯以及其它含氟、含硫或含不饱和键的环状有机酯类中的至少一种。电解液的注入量一般为1.5-8.0g/Ah，电解液的浓度一般为0.5-2.9摩/升。
所述隔膜可以是本领域通用的各种隔膜，如聚乙烯离子交换膜、聚丙烯离子交换膜或者聚乙烯与聚丙烯的复合离子交换膜。
下面以锂离子二次电池为例，对本发明做进一步说明，其它二次电池也得到类似的结果。
实施例1
本实施例说明本发明提供的负极极片，电芯及锂离子电池以及所使用的拉浆设备。
(1)正极极片的制备
正极材料涂层浆料采用如下方法制备：将15重量份聚偏二氟乙烯(阿托菲纳公司，761#PVDF)溶解在225重量份N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶剂中制得粘合剂溶液，将15重量份炭黑(TIMICAL公司商品，商标名为super-p)分散到上述粘合剂溶液中，然后在所得溶液中加入500重量份正极活性物质锂锰氧，充分混合均匀制得正极材料涂层浆料。
以普通拉浆设备将正极材料涂层浆料涂布在铝箔上，每个面上的正极材料涂层厚度均控制在260微米，在120℃下烘烤5小时，然后在1.6兆帕的压力下辊压极片，将正极材料涂层厚度压为130微米，在冲片机上冲裁制得尺寸为长700毫米，宽55毫米的正极极片。该正极极片含有3.0克正极活性物质锂锰氧。
(2)负极极片的制备
将4重量份粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)溶解到50重量份的N-甲基吡咯烷酮中得粘合剂溶液，将100重量份的石墨(soddif商品，DAG22)和4重量份导电剂炭黑分散到上述粘合剂溶液中，得到负极浆料。
将上述负极浆料用本发明提供的拉浆设备涂覆到充当集流体的铜箔的两面，其中给负极极片第一面和第二面拉浆的辊轮，其变径曲面A⌒B部分开始与结束端的最大差值分别为34、36微米，辊轮的转速分别为8.2、8.6转/分。负极极片第一面涂层开始厚度为260微米，结束端为226微米，第二面的开始厚度为260微米，结束端为296微米，并且第一面以每米负极极片减少48微米负极材料匀速递减，第二面以每米负极极片增加56微米负极材料匀速递增。间歇式拉浆方法在负极极片第二面开始段部分不涂敷材料。
经上述方法制得两面涂层厚度变化的负极极片，然后在120℃下烘烤5小时，在1.6兆帕的压力下将极片每一面涂层厚度均辊压为130微米。极片辊压后厚度变为一致，在长度方向上面密度发生变化。面密度为所用活性材料质量与涂敷面积之比，极片两端的面密度以涂敷材料的厚度分别为两端值的情况下，所用活性材料质量与涂敷面积之比计算出，由于在一个完整极片长度范围内面密度均匀递减或递增，因此面密度的递减或递增速度为两端面密度的差值与极片长度之比计算得出，在极片第一面涂层开始密度为21.4毫克/厘米2，结束端为18.6毫克/厘米2，第二面的开始密度为21.4毫克/厘米2，结束端为24.4毫克/厘米2，并且第一面以每米负极极片减少4毫克/厘米2负极材料匀速递减，第二面以每米负极极片增加4.7毫克/厘米2负极材料匀速递增。在冲片机上冲裁制得尺寸如图1所示的负极极片，其中极片长为700毫米，宽为56.5毫米。第二面没有负极材料的部分长为57毫米。该负极极片含有3.0克负极活性物质石墨。
(3)电池的装配
将上述正极片、负极片和20微米厚的聚丙烯膜25圈制成极芯，将极芯装入电池壳中并进行焊接，随后将LiPF6按1摩尔/升的浓度溶解在EC/DMC(乙烯碳酸酯/二乙基碳酸酯)＝1∶1的混合溶剂中形成非水电解液，将该电解液以3.8g/Ah的量注入电池壳中，密封，制成18650A型(直径18mm，高度65mm)锂离子电池A1。按照该方法共作出100只锂离子电池A1。
对比例1
本对比例说明现有技术制作的电芯及锂离子电池。
按照实施例1的方法制备锂离子电池，不同的是正负极极片制备均采用均匀涂层，极片上活性材料厚度保持一致。将所制得正、负极片与隔膜卷绕成极芯。制得锂离子电池B1。按照该方法共作出100只锂离子电池B1。
实施例2
本实施例说明本发明提供的正极极片，电芯及锂离子电池以及所使用的拉浆设备。
(1)正极极片的制备
正极材料涂层浆料采用如下方法制备：将15重量份聚偏二氟乙烯(阿托菲纳公司，761#PVDF)溶解在225重量份N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶剂中制得粘合剂溶液，将15重量份炭黑(TIMICAL公司商品，商标名为super-p)分散到上述粘合剂溶液中，然后在所得溶液中加入500重量份锂锰氧，充分混合均匀制得正极材料涂层浆料。
将上述正极浆料用本发明提供的拉浆设备涂覆到充当集流体的铝箔的两面，其中给正极极片第一面和第二面拉浆的辊轮，其变径曲面A⌒B部分开始与结束端的最大差值分别为34、36微米，辊轮的转速分别为8.2、8.6转/分。正极极片第一面涂层开始厚度为260微米，结束端为226微米，第二面的开始厚度为260微米，结束端为296微米，并且第一面以每米正极极片减少48微米正极材料匀速递减，第二面以每米正极极片增加56微米正极材料匀速递增。间歇式拉浆方法在正极极片第二面开始段部分不涂敷材料。
经上述方法制得两面涂层厚度变化的正极极片，然后在120℃下烘烤5小时，在1.6兆帕的压力下将极片每一面涂层厚度均辊压为130微米。极片辊压后厚度变为一致，在长度方向上面密度发生变化，以实施例1的计算方法得出，在极片第一面涂层开始面密度为21.4毫克/厘米2，结束端为18.6毫克/厘米2，第二面的开始面密度为21.4毫克/厘米2，结束端为24.4毫克/厘米2，并且第一面以每米正极极片减少4毫克/厘米2正极材料匀速递减，第二面以每米正极极片增加4.7毫克/厘米2正极材料匀速递增。在冲片机上冲裁制得尺寸如图1所示的正极极片，其中极片长为700毫米，宽为55毫米。第二面没有正极材料的部分长为57毫米。该正极极片含有3.0克正极活性物质锂锰氧。
(2)负极极片的制备
将4重量份粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)溶解到50重量份的N-甲基吡咯烷酮中得粘合剂溶液，将100重量份的石墨(soddif商品，DAG22)和4重量份导电剂炭黑分散到上述粘合剂溶液中，得到负极浆料。
以普通拉浆设备将负极材料涂层浆料涂布在铝箔上，每个面上的负极材料涂层厚度均控制在260微米，在120℃下烘烤5小时，然后在1.6兆帕的压力下辊压极片，将负极材料涂层厚度压为130微米，在冲片机上冲裁制得尺寸为长700毫米，宽56.5毫米的负极极片。该负极极片含有3.0克负极活性物质石墨。
(3)电池的装配
将上述正极片、负极片和20微米厚的聚丙烯膜卷绕25圈制成极芯，将极芯装入电池壳中并进行焊接，随后将LiPF6按1摩尔/升的浓度溶解在EC/DMC(乙烯碳酸酯/二乙基碳酸酯)＝1∶1的混合溶剂中形成非水电解液，将该电解液以3.8g/Ah的量注入电池壳中，密封，制成18650A型(直径18mm，高度65mm)锂离子电池A2。按照该方法共作出100只锂离子电池A2。
实施例3
本实施例说明实施例1和施例2提供的锂离子电池的循环性能。
按照实施例1的方法制作的锂离子电池A1和按照实施例2的方法制作的锂离子电池A2，在25℃条件下，将电池分别以1C电流充电至4.2V，在电压升至4.2V后以恒定电压充电，截止电流为0.05C，搁置10分钟；电池以1C电流放电至3.0V，搁置5分钟。重复以上步骤300次，得到电池300次循环后1C电流放电至3.0V的容量，由下式计算循环前后容量维持率：
容量维持率＝(第200次循环放电容量/首次循环放电容量)×100％
其循环性能如表1所示：
表1
对比例2
本对比例说明对比例1所提供的锂离子电池的循环性能。
按照实例3的方法测定按照对比例1的方法制作的锂离子电池B1的循环性能，结果如表2所示：
表2
对比实施例3和对比例2可以看出，本发明提供的极片制成的电池循环容量剩余率明显增高，平均性衰减率明显降低。
实施例4
本实施例说明实施例1和实施例2提供的锂离子电池的过充性能。
任取按照实施例1的方法制作的10只锂离子电池A1和按照实施例2的方法制作的10只锂离子电池A2，在25℃条件下，以恒定压力5V，恒定电流1A为锂离子电池A2充电，直至电池爆炸或电压开始下降，爆炸为不合格，电压下降为合格。
结果爆炸的为2只，通过率为90％。
对比例3
本对比例说明对比例1所提供的锂离子电池的过充性能。
按照实施例4的方法测定按照对比例1的方法制作的20只锂离子电池B1，结果爆炸的为7只，通过率为75％。
对比实施例3和对比例2可以看出，本发明提供的极片制成的电池过充性能提高很多。
实施例5
本实施例说明实施例1和实施例2制作的锂离子电池的放电容量。
按照实施例1的方法制作的锂离子电池A1和按照实施例2的方法制作的锂离子电池A2做倍率充放电实验，
C0.5C/C0.5C：以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量与以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量的比值。
C1C/C0.5C：以1C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量与以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量的比值。
C2C/C0.5C：以2C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量与以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量的比值。
得到如表3所示结果：表3
对比例4
本对比例说明对比例1所提供的锂离子电池B1的放电容量。
取按照比例1的方法制作的2只锂离子电池B1分别按照实施例5对做倍率充放电实验，得到如表4所示结果：
表4
对比实施例5和对比例4可以看出，本发明提供的极片制成的电池各倍率放电容量提高很多。
实施例6
同时解剖实施例4中锂离子二次电池A1、A2和对比例3中锂离子二次电池B2各10只，从拆开来的极片表面来看，在采用本发明提供的正极极片和负极极片的电池中，由于枝晶析出而导致的隔膜形变，刺穿等内部短路现象要比未采用本发明提供的电极极片的电池好很多。
Claims (15)
1.一种电池电极极片，该极片包括集流体(10)和涂覆在集流体(10)上的电极材料(20)，其特征在于，所述电极极片的厚度沿其长度方向相同，所述电极极片第一平面(10a)和第二平面(10b)的电极材料的面密度从电极极片的长度方向的一端到另一端匀速变化，并且两个平面上的电极材料的面密度变化方向相反。
2.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，面密度逐渐递减或递增的速度为每米极片减少或增加0.5-10毫克/厘米2电极材料，并且递减或递增的速度均匀。
3.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于，所述电极极片的第一平面(10a)电极材料面密度大的一端(5)的面密度为5-50毫克/厘米2，面密度小的一端(7)的面密度为1-40毫克/厘米2；所述电极极片的第二平面(10b)电极材料面密度大的一端(6)的面密度5-100毫克/厘米2，面密度小的一端(4)的面密度5-50毫克/厘米2。
4.权利要求1所述电池极片的制备方法，该方法包括将含有电极活性材料的浆料涂覆在集流体(10)两面，干燥并压片使得所述电极极片的厚度相同，其特征在于，含有电极活性材料的浆料涂覆在集流体(10)两面的量使所述极片两个面的电极材料的面密度从电极极片的长度方向的一端到另一端匀速变化，并且两个面上的电极材料的面密度变化方向相反，其中，使所述电极极片两个面的电极材料的面密度从电极极片的长度方向的一端到另一端变化的方法为将含有电极活性材料的浆料涂覆在集流体(10)两面，使干燥后电极极片两个面的电极材料的厚度沿极片的长度方向匀速变化，并且两个面上的电极材料的厚度变化方向相反。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，厚度逐渐递减或递增的速度为每米极片减少或增加5-100微米电极材料，并且递减或递增的速度均匀。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述极片的第一面(10a)电极材料厚度大的一端(5)的厚度为50-500微米，厚度小的一端(7)的厚度为10-400微米；第二面(10b)电极材料厚度大的一端(6)的厚度为50-1000微米，厚度小的一端(4)的厚度为50-500微米。
7.根据权利要求4所述的方法，给极片两个面涂敷电极材料时使用拉浆设备，拉浆设备包括同时给极片集流体(10)两个平面拉浆的第一辊轮(11)和第二辊轮(22)、上料口(33)、主动带轮(44)和从动带轮(55)，其特征在于，第一辊轮(11)和第二辊轮(22)的径向截面为曲面，该曲面上至少一部分曲面A⌒B为变径曲面。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一辊轮(11)的变径曲面A⌒B部分从开始端到结束端与辊轮轴中心O的距离逐渐增大；第二辊轮(22)的变径曲面A⌒B部分从开始端到结束端与辊轮轴中心O的距离逐渐减小。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一辊轮(11)和第二辊轮(22)中的变径曲面A⌒B部分与辊轮轴中心O的距离递增或递减的速度为每米增加或减少5-100微米，并且递减或递增的速度均匀。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一辊轮(11)和第二辊轮(22)中的变径曲面A⌒B部分开始与结束端的最大差值为5-100微米。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一辊轮(11)和第二辊轮(22)的曲面还包括一段近似圆弧B⌒A，B⌒A长度为5-100毫米。
12.根据权利要求8-11中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一辊轮(11)和第二辊轮(22)按照设定速率匀速旋转，所述设定速率为2-18转/分。
13.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压片的压力使涂敷在集流体(10)同一面的电极材料(20)的厚度相同。
14.一种电池电极片芯，该电极片芯包括正极极片(1)、隔膜(3)以及负极极片，正极极片(1)、隔膜(3)以及负极极片(2)叠在一起卷绕形成电极片芯，其特征在于，负极极片(2)或者正极极片(1)为权利要求1-4中任意一项所述的极片；所述负极极片(2)或者正极极片(1)卷绕后，极片第一面(10a)作为内层面，内层面的负极材料面密度自外向内逐渐递减，第二面(10b)作为外层面，外层面的负极材料面密度自外向内逐渐递增。
15.一种二次电池，该电池包括电池壳、电极片芯和电解液，电极片芯和电解液密封在电池壳内，其特征在于，所述电极片芯为权利要求14所述的电极片芯。
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