CN113410433A - 梯度电势分布的复合电极及其制备方法和动力电池 - Google Patents

Abstract

本发明本动力电池的技术领域，特别涉及梯度电势分布的复合电极及其制备方法和动力电池。所述制备方法包括以下步骤：采用多层共挤出涂布方法，于集流体一侧同时涂布多种电极活性浆料，形成多层电极活性层，且远离所述集流体方向，所述多层电极活性层的电势梯度递增或梯度递减；采用所述多层共挤出涂布方法，于所述集流体另一侧同时涂布多种所述电极活性浆料，形成多层电极活性层’，以所述集流体为轴，两侧电极活性层对称分布；层数≥2。解决了逐层涂布的方法制备多层电极活性层的带来的种种缺陷问题，还能改善梯度电势分布的复合电极中各电势电极活性层的界面性能，进一步提升电池在内短路热失控情况下的安全性。

Description

梯度电势分布的复合电极及其制备方法和动力电池

技术领域

本发明涉及动力电池的技术领域，特别涉及梯度电势分布的复合电极及其制备方法和动力电池。

背景技术

动力电池安全性是当前整个电池行业面临的共同问题，近年来频繁爆出的新能源汽车起火事故使得电池本征安全问题已提升到了决定整个行业命运的高度。锂离子电池的热失控，是动力电池安全事故的核心原因，如何从电芯层面提升动力电池的安全性迫在眉睫。

电芯包括正、负电极，如何设计和制备正负电极材料，提升电池在内短路热失控情况下的安全性，是行业内重点研究课题。

此外，在制备含有多层电极活性层的复合电极时，行业内的常规方法是：先涂布第一活性层，再依次涂布第二活性层。但是在实际应用中，如果是制备含有多层正极活性层的正极片时，存在以下问题：一、在涂布第二活性层之前，如果不对第一活性层进行辊压预处理的话，那么涂布第二层材料时，第二层浆料中的溶剂会很快渗透到第一活性层中，在随后的烘烤过程中缓慢挥发并穿透第二活性层，导致第二活性层表面残留大量气孔缺陷，影响最终电池的一致性；二、在涂布第二活性层之前，如果预先对第一活性层进行辊压预处理，辊压过程会在集流体的涂布区和留白区产生应力分布不均匀问题，导致在涂布第二活性层时，正极片在烘道中发生严重卷曲、甚至断带。如果还要进行第三、四层涂布，问题更加严重；如果是制备含有多层负极活性层的负极片时，存在以下问题：一、负极浆料通常采用水性浆料，而水性浆料的附着力较差，进行第二次涂布时，如果仍然采用水性浆料，会导致底层涂覆层从集流体上剥离，导致涂布失败；如果改用油性浆料涂布，仍然不可避免产生局部掉粉的缺陷；二、全程采用油性浆料逐次涂布，增加了设备、环境方面的环保要求，以及工序复杂程度，成本增高、缺陷增多。

发明内容

基于此，本发明提供一种梯度电势分布的复合电极的制备方法。解决了逐层涂布的方法制备多层电极活性层的带来的种种缺陷问题，还能改善梯度电势分布的复合电极中各电势电极活性层的界面性能，进一步提升电池在内短路热失控情况下的安全性。

技术方案为：

一种梯度电势分布的复合电极的制备方法，包括以下步骤：

采用多层共挤出涂布方法，于集流体一侧同时涂布多种电极活性浆料，形成多层电极活性层，且所述电极活性浆料为正极活性浆料，沿远离所述集流体的方向，多层所述电极活性层的电势梯度递减，或所述电极活性浆料为负极活性浆料，沿远离所述集流体的方向，多层所述电极活性层的电势梯度递增；

采用所述多层共挤出涂布方法，于所述集流体另一侧同时涂布多种所述电极活性浆料，形成多层电极活性层’，以所述集流体为轴，两侧电极活性层对称分布；

所述集流体一侧的电极活性层的层数≥2。

在其中一个实施例中，所述集流体一侧的电极活性层的层数≥3。

在其中一个实施例中，所述电极活性浆料为正极活性浆料，每一种所述正极活性浆料在25℃下的粘度为在7000mPa.s±3000mPa.s之间，固含量在40％-80％之间。

在其中一个实施例中，所述正极活性浆料包括正极材料、导电剂、粘结剂、添加剂和溶剂。

在其中一个实施例中，所述正极材料选自富锂锰基固溶体材料、磷酸锰铁锂材料、三元镍钴锰材料、钴酸锂材料、镍酸锂材料和磷酸铁锂材料中的一种或几种。

在其中一个实施例中，所述电极活性浆料为负极活性浆料，每一种所述负极活性浆料在25℃下的粘度在5000mPa.s±3000mPa.s之间，固含量在40％-70％之间。

在其中一个实施例中，所述负极活性浆料包括负极材料、导电剂、粘结剂、添加剂和溶剂。

在其中一个实施例中，所述负极材料选自石墨活性材料、SiOx活性材料、Sn活性材料和钛酸锂活性材料中的一种或几种；

其中，0≤x≤2。

本发明还提供一种复合电极，所述复合电极由上述制备方法制备而成。

本发明还提供一种动力电池，所述动力电池包括上述复合电极。

与现有方案相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用多层共挤出涂布方法，分别在集流体两侧同时涂布多种电极活性浆料，制备了梯度电势分布的复合电极，相对于单侧多次涂布电极活性浆料，多层共挤出的涂布方法效率更高，有利于简化电极极片的制备工艺。特别地，申请人发现，多层共挤出涂布多种电极活性浆料时，相邻的浆料最初以悬浮液的形式在集流体相互接触，界面处浆料之间发生分子相互扩散作用，有利于形成均匀的界面层，相对于单层多次涂布不同电势的电极活性层，改善了界面性能，更有利于提升生产效率和良率，更有利于提高动力电池在内短路热失控情况下的安全性。其中，电极活性浆料既可以均为正极活性浆料，制备梯度电势分布的正极；消除了单层多次涂布正极浆料引起的各种缺陷，比如重复涂布烘烤过程引起残留气孔缺陷、残余应力不均匀导致的极片卷曲等问题，提升了正极极片的均匀性和一致性。此外，电极活性浆料还可以均为负极活性浆料，制备梯度电势分布的负极。避免了逐层涂布水性浆料引起的容易从集流体上剥离的问题，也避免了逐层涂布油性浆料引起的极片掉粉的问题，还避免了单层多次涂布烘烤浆料引起的残留气孔缺陷、残余应力不均匀导致的极片卷曲等问题，提升负极极片的均匀性和一致性。

附图说明

图1为多层共挤出涂布机涂布集流体一侧的方法示意图；

图2为多层共挤出涂布机涂布集流体另一侧的方法示意图；

图3为实施例1制备的复合正极表面情况示意图；

图4为实施例2制备的复合正极表面情况示意图；

图5为对比例1制备的复合正极表面情况示意图；

图6为对比例2制备的复合正极表面情况示意图；

图7为实施例3制备的复合负极表面情况示意图；

图8为实施例4制备的复合负极表面情况示意图；

图9为实施例5制备的复合负极表面情况示意图；

图10为对比例3制备的复合负极表面情况示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种梯度电势分布的复合电极的制备方法，包括以下步骤：

采用多层共挤出涂布方法，于集流体一侧同时涂布多种电极活性浆料，形成多层电极活性层，且所述电极活性浆料为正极活性浆料，沿远离所述集流体的方向，多层所述电极活性层的电势梯度递减，或所述电极活性浆料为负极活性浆料，沿远离所述集流体的方向，多层所述电极活性层的电势梯度递增；

采用所述多层共挤出涂布方法，于所述集流体另一侧同时涂布多种所述电极活性浆料，形成多层电极活性层’，以所述集流体为轴，两侧电极活性层对称分布；

所述集流体一侧的电极活性层的层数≥2。

本发明采用多层共挤出涂布方法，分别在集流体两侧同时涂布多种电极活性浆料，制备了梯度电势分布的复合电极，相对于单侧多次涂布电极活性浆料，多层共挤出的涂布方法效率更高，有利于简化电极极片的制备工艺。特别地，申请人发现，多层共挤出涂布多种电极活性浆料时，相邻的浆料最初以悬浮液的形式在集流体相互接触，界面处浆料之间发生分子相互扩散作用，有利于形成均匀的界面层，相对于单层多次涂布不同电势的电极活性层，改善了界面性能，更有利于提升生产效率和良率，更有利于提高动力电池在内短路热失控情况下的安全性。

其中，电极活性浆料既可以均为正极活性浆料，制备梯度电势分布的正极；消除了单层多次涂布正极浆料引起的各种缺陷，比如重复涂布烘烤过程引起残留气孔缺陷、残余应力不均匀导致的极片卷曲等问题，提升了正极极片的均匀性和一致性。此外，电极活性浆料还可以均为负极活性浆料，制备梯度电势分布的负极。避免了逐层涂布水性浆料引起的容易从集流体上剥离的问题，也避免了逐层涂布油性浆料引起的极片掉粉的问题，还避免了单层多次涂布烘烤浆料引起的残留气孔缺陷、残余应力不均匀导致的极片卷曲等问题，提升负极极片的均匀性和一致性。

沿远离所述集流体的方向，所述多层电极活性层的电势梯度递增或梯度递减，不存在极片内局部电位起伏引发极化的问题，也能进一步降低了正、负极片表面之间的电势差，有利于提升电池在内短路热失控情况下的安全性。

可选地，所述集流体每一侧的电极活性层的层数≥3。此时，采用多层共挤出涂布方法，同时涂布至少3种电极活性浆料，形成电势梯度递增或梯度递减、且相邻电极活性层界面性能好的至少3层电极活性层，有利于提升生产效率和良率。

可以理解地，多层共挤出涂布方法可利用多层共挤出涂布机实现。

在一个实施例中，多层共挤出涂布机具有若干涂布头腔体，用于装载涂布电极活性浆料，涂布头腔体可以水平、竖直或倾斜，牵引集流体，同时完成多种电极活性浆料在集流体上的沉积。

在一个实施例中，牵引速率为20米/min～80米/min。

可选地，每一层所述电极活性层的厚度为2μm-150μm。

在其中一个实施例中，所述电极活性浆料为正极活性浆料，每一种所述正极活性浆料在25℃下的粘度为在7000mPa.s±3000mPa.s之间，固含量在40％-80％之间。满足该条件的正极活性浆料可通过多层共挤出涂布方法同时涂布。

具体可选地，沿远离所述集流体的方向，多层电极活性层的电势依次为4.2～4.8V、3.55～3.75V、3.1～3.3V或依次为3.55～3.75V、3.1～3.3V。电极活性层的电势可通过调整正极活性浆料的原料来调整。

可选地，所述正极活性浆料包括正极材料、导电剂、粘结剂、添加剂和溶剂。

可选地，所述正极材料选自富锂锰基固溶体材料、磷酸锰铁锂材料(LFP)、三元镍钴锰材料(NCM)、钴酸锂材料、镍酸锂材料和磷酸铁锂材料中的一种或几种。

可选地，所述导电剂包括但不限于SP(导电炭黑)、乙炔黑、CNT(碳纳米管)等。

可选地，所述粘结剂包括但不限于PVDF(聚偏氟乙烯)等。

可选地，所述添加剂为具有增稠作用的填料，包括但不限于纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化钛、纳米氧化锆、纳米蒙脱石、纳米高岭土、纳米锂皂石等。

可选地，所述溶剂包括但不限于NMP(N-甲基吡咯烷酮)、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、DSO(二甲基亚砜)等。

可选地，集流体为铝箔。

优选地，电势为4.2～4.8V的电极活性层为富锂锰材料层。进一步优选地，富锂锰材料层由包括以下重量份数的原料制备而成：94-98份富锂锰基固溶体材料、1-3份粘结剂、1-3份导电剂。

优选地，电势为3.55～3.75V的电极活性层为三元镍钴锰材料层。进一步优选地，三元镍钴锰材料层由包括以下重量份数的原料制备而成：96-98份NCM、0.5-2份粘结剂、1-3份导电剂。

优选地，电势为3.1～3.3V的电极活性层由为磷酸铁锂材料层。进一步优选地，磷酸铁锂材料层由包括以下重量份数的原料制备而成：93-95份磷酸铁锂材料、2-4份粘结剂、2-4份导电剂。

在其中一个实施例中，所述电极活性浆料为负极活性浆料，每一种所述负极活性浆料在25℃下的粘度在5000mPa.s±3000mPa.s之间，固含量在40％-70％之间。满足该条件的负极活性浆料可通过多层共挤出涂布方法同时涂布。

具体可选地，沿远离所述集流体的方向，多层电极活性层的电势依次为1.5～1.55V、0.35～0.55V、0.05～0.1V或依次为1.5～1.55V、0.05～0.1V或依次为0.35～0.55V、0.05～0.1V。电极活性层的电势可通过调整负极活性浆料的原料来调整。

可选地，所述负极活性浆料包括负极材料、导电剂、粘结剂、添加剂和溶剂。

可选地，所述负极材料选自石墨活性材料、SiOx活性材料(Si、SiO材料)、Sn活性材料和钛酸锂活性材料(LTO)中的一种或几种。

其中，0≤x≤2。

可选地，所述导电剂包括但不限于SP(导电炭黑)、乙炔黑、CNT(碳纳米管)等。

可选地，所述粘结剂包括但不限于PVDF(聚偏氟乙烯)、CMC(羧甲基纤维素钠)、SBR(丁苯橡胶)、PAA(聚丙烯酸)等。

可选地，所述添加剂为具有增稠作用的填料，包括但不限于纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化钛、纳米氧化锆、纳米蒙脱石、纳米高岭土、纳米锂皂石等。

可选地，所述溶剂包括但不限于NMP(N-甲基吡咯烷酮)、水等。

可选地，集流体为铜箔。

优选地，电势为0.05～0.1V的电极活性层为石墨材料层，进一步优选地，石墨材料层由包括以下重量份数的原料制备而成：94-97份石墨、0.5-3份导电剂、2-5份粘结剂。

优选地，电势为0.35～0.55V的电极活性层为Si、SiO材料层，进一步优选地，Si、SiO材料层由包括以下重量份数的原料制备而成：90-94份SiOx(0≤x≤2)、0.5-4份导电剂、2-8份粘结剂。

优选地，电势为1.5～1.55V的电极活性层为LTO材料层，进一步优选地，LTO材料层由包括以下重量份数的原料制备而成：91-94份LTO、2-5份导电剂、2-6份粘结剂。

本发明还提供一种复合电极，所述复合电极由上述制备方法制备而成。

可以理解地，所述复合电极可以是正极也可以是负极。

本发明还提供一种动力电池，所述动力电池包括上述复合电极。

可以理解地，所述动力电池包括电芯，所述电芯包括由上述制备方法制备的正极和/或由上述制备方法制备的负极。

以下结合具体实施例和对比例进行进一步说明，以下具体实施例中所涉及的原料，若无特殊说明，均可来源于市售，所使用的仪器，若无特殊说明，均可来源于市售。

实施例1

本实施例提供一种梯度电势分布的复合正极及其制备方法，步骤如下：

1)制备第一正极活性浆料

以质量份计，将96份富锂锰基固溶体材料、2份PVDF、1份SP、1份CNT和43份NMP混合(备注：总共按照143份，其中100份是固体材料，剩余43份液态溶剂会烘烤干净)，制备第一正极活性浆料，25℃下的粘度为7000～8000mPa.s，固含量为70％。

2)制备第二正极活性浆料

以质量份计，将96.5份NCM、1.5份PVDF、1份SP、1份CNT和41份NMP混合，制备第二正极活性浆料，25℃下的粘度为8000～8500mPa.s，固含量为71％。

3)制备第三正极活性浆料

以质量份计，将93份磷酸铁锂材料、3.5份PVDF、2份SP、1.5份CNT和120份NMP混合，制备第二正极活性浆料，25℃下的粘度为9000～9500mPa.s，固含量为45.4％。

3)制备复合正极

如图1所示，调整集流体铝箔与多层共挤出涂布机机头位置(水平、竖直、倾斜均可，本实施例为倾斜)，在多层共挤出涂布机涂布头腔体中分别加入第一正极活性浆料、第二正极活性浆料和第三正极活性浆料，并牵引集流体铝箔移动，使第一正极活性浆料、第二正极活性浆料和第三正极活性浆料依次沉积在集流体铝箔上，烘烤、干燥和辊压，形成第一正极活性层、第二正极活性层和第三正极活性层，其中，第一正极活性层的电势为4.5±0.3V，厚度为60μm，第二正极活性层的电势为3.65±0.1V，厚度为60μm，第三正极活性层的电势为3.2±0.1V，厚度为20μm，第一正极活性层位于集流体铝箔和第二正极活性层之间，第二正极活性层位于第一正极活性层和第三正极活性层之间。

如图2所示，将带有第一正极活性、第二正极活性层和第三正极活性层的集流体铝箔翻转放置，涂布另一侧，牵引集流体铝箔移动，使第一正极活性浆料、第二正极活性浆料和第三正极活性层依次沉积在集流体铝箔的另一侧上，烘烤、干燥和辊压，在集流体铝箔的另一侧上对称形成第一正极活性层、第二正极活性层和第三正极活性层，得梯度电势分布的复合正极，如图3所示，极片表面均匀无缺陷、无断带问题。

实施例2

本实施例提供一种梯度电势分布的复合正极及其制备方法，步骤如下：

1)制备第一正极活性浆料

以质量份计，将97份NCM、1份PVDF、1份SP、1份CNT和46份NMP混合，制备第一正极活性浆料，25℃下的粘度为7500～8000mPa.s，固含量为68.5％。

2)制备第二正极活性浆料

以质量份计，将95份LFP、2.5份PVDF、1.5份SP、1份CNT和125份NMP混合，制备第二正极活性浆料，25℃下的粘度为8900～9200mPa.s，固含量为44.4％。

3)制备复合正极

在多层共挤出涂布机的涂布头腔体中分别加入第一正极活性浆料和第二正极活性浆料，并牵引集流体铝箔移动，使第一正极活性浆料和第二正极活性浆料依次沉积在集流体铝箔上，烘烤、干燥和辊压，形成第一正极活性层和第二正极活性层，其中，第一正极活性层的电势为3.65±0.1V，厚度为90μm，第二正极活性层的电势为3.2±0.1V，厚度为30μm，第一正极活性层位于集流体铝箔和第二正极活性层之间。

将带有第一正极活性和第二正极活性层的集流体铝箔翻转放置，牵引集流体铝箔移动，使第一正极活性浆料和第二正极活性浆料依次沉积在集流体铝箔的另一侧上，烘烤、干燥和辊压，在集流体铝箔的另一侧上对称形成第一正极活性层和第二正极活性层，得梯度电势分布的复合正极，如图4所示，极片表面均匀无缺陷、无断带问题。

对比例1

本对比例提供一种梯度电势分布的复合正极及其制备方法，与实施例2基本相同，区别在于制备复合正极时，采用逐层涂布的方法，且形成第一正极活性层时未辊压，步骤如下：

步骤1)和步骤2)与实施例1相同。

步骤3)在集流体铝箔两侧，先分别涂布一层第一正极活性浆料，烘烤和干燥，形成以集流体铝箔轴对称的两个第一正极活性层，得极片；然后，在所得极片两侧的第一正极活性层上分别涂布第二正极活性浆料，烘烤、干燥和辊压后，形成复合正极，如图5所示，正极极片表面残留大量气孔，均匀性差。

对比例2

本对比例提供一种梯度电势分布的复合正极及其制备方法，与实施例2基本相同，区别在于制备复合正极时，采用逐层涂布的方法，步骤如下：

步骤1)和步骤2)与实施例1相同。

步骤3)在集流体铝箔两侧，先分别涂布一层第一正极活性浆料，烘烤、干燥和辊压后，形成以集流体铝箔轴对称的两个第一正极活性层，得极片；然后，在所得极片两侧的第一正极活性层上分别涂布第二正极活性浆料，烘烤、干燥和辊压后，形成复合正极，如图6所示，极片褶皱，断带严重。

实施例3

本实施例提供一种梯度电势分布的复合负极及其制备方法，步骤如下：

1)制备第一负极活性浆料

以质量份计，将96份石墨、1份SP、1份CMC、2份SBR和100份水混合，制备第一负极活性浆料，25℃下的粘度为5000～5500mPa.s，固含量为50％。

2)制备第二负极活性浆料

以质量份计，将90份SiOx活性材料(x＝1.2)、2.5份SP、2.5份CMC、2份SBR、2份PAA、1份CNT和140份水混合，制备第二负极活性浆料，25℃下的粘度为6000～6500mPa.s，固含量为41.6％。

3)制备第三负极活性浆料

以质量份计，将92份LTO、2份SP、2份CMC、2.5份SBR、1.5份CNT和110份水混合，制备第三负极活性浆料，25℃下的粘度为4500～5000mPa.s，固含量为47.6％。

4)制备复合负极

在多层共挤出涂布机涂布头腔体中分别加入第一负极活性浆料、第二负极活性浆料和第三负极活性浆料，并牵引集流体铜箔移动，使第一负极活性浆料、第二负极活性浆料和第三负极活性浆料依次沉积在集流体铜箔上，烘烤、干燥和辊压，形成第一负极活性层、第二负极活性层和第三负极活性层，其中，第一负极活性层的电势为0.1V，厚度为80μm，第二负极活性层的电势为0.5V，厚度为10μm，第三负极活性层的电势为1.5V，厚度为10μm，第一负极活性层位于集流体铜箔和第二负极活性层之间，第二负极活性层位于第一负极活性层和第三负极活性层之间。

将带有第一负极活性、第二负极活性层和第三负极活性层的集流体铜箔翻转放置，涂布另一侧，牵引集流体铜箔移动，使第一负极活性浆料第一负极活性浆料、第二负极活性浆料和第三负极活性浆料依次沉积在集流体铜箔的另一侧上，烘烤、干燥和辊压，在集流体铜箔的另一侧上对称形成第一负极活性、第二负极活性层和第三负极活性层，得梯度电势分布的复合负极，如图7所示，极片表面均匀无缺陷、无断带问题。

实施例4

本实施例提供一种梯度电势分布的复合负极及其制备方法，步骤如下：

1)制备第一负极活性浆料

以质量份计，将96.3份石墨、0.50份SP、1.2份CMC、2.0份SBR和100份水混合，制备第一负极活性浆料，25℃下的粘度为4500～5000mPa.s，固含量为50％。

2)制备第二负极活性浆料

以质量份计，将94份SiOx活性材料(x＝1.2)、1份SP、1.2份CMC、2.0份SBR、0.8份PAA、1份CNT和125份水混合，制备第二负极活性浆料，25℃下的粘度为6000～6500mPa.s，固含量为44.4％。

3)制备复合负极

在多层共挤出涂布机的涂布头腔体中分别加入第一负极活性浆料和第二负极活性浆料，并牵引集流体铜箔移动，使第一负极活性浆料和第二负极活性浆料依次沉积在集流体铜箔上，烘烤、干燥和辊压，形成第一负极活性层和第二负极活性层，其中，第一负极活性层的电势为0.1V，厚度为100μm，第二负极活性层的电势为0.5V，厚度为15μm，第一负极活性层位于集流体铜箔和第二负极活性层之间。

将带有第一负极活性和第二负极活性层的集流体铜箔翻转放置，牵引集流体铜箔移动，使第一负极活性浆料和第二负极活性浆料依次沉积在集流体铜箔的另一侧上，烘烤、干燥和辊压，在集流体铜箔的另一侧上对称形成第一负极活性层和第二负极活性层，得梯度电势分布的复合负极，如图8所示，极片表面均匀无缺陷、无断带问题。

实施例5

本实施例提供一种梯度电势分布的复合负极及其制备方法，步骤如下：

1)制备第一负极活性浆料

以质量份计，将94份石墨、3份PVDF、2份SP、1份CNT和52份NMP混合，制备第一负极活性浆料，25℃下的粘度为6500～6800mPa.s，固含量为65.8％。

2)制备第二负极活性浆料

以质量份计，将93份LTO、3.5份PVDF、2.5份SP、1份CNT和48份NMP混合，制备第二负极活性浆料，25℃下的粘度为6600～7000mPa.s，固含量为67.6％。

3)制备复合负极

在多层共挤出涂布机的涂布头腔体中分别加入第一负极活性浆料和第二负极活性浆料，并牵引集流体铜箔移动，使第一负极活性浆料和第二负极活性浆料依次沉积在集流体铜箔上，烘烤、干燥和辊压，形成第一负极活性层和第二负极活性层，其中，第一负极活性层的电势为0.1V，厚度90μm，第二负极活性层的电势为1.55V，厚度为25μm，第一负极活性层位于集流体铜箔和第二负极活性层之间。

将带有第一负极活性和第二负极活性层的集流体铜箔翻转放置，牵引集流体铜箔移动，使第一负极活性浆料和第二负极活性浆料依次沉积在集流体铜箔的另一侧上，烘烤、干燥和辊压，在集流体铜箔的另一侧上对称形成第一负极活性层和第二负极活性层，得梯度电势分布的复合负极，如图9所示，极片表面均匀无缺陷、无断带问题。

对比例3

本对比例提供一种梯度电势分布的复合负极及其制备方法，采用逐层涂布的方法，步骤如下：

1)制备第一负极活性浆料

以质量份计，将94份石墨、3份PVDF、2份SP、1份CNT和52份水混合，制备第一负极活性浆料，25℃下的粘度为6500～6800mPa.s，固含量为65.8％。

2)制备第二负极活性浆料

以质量份计，将93份LTO、3.5份PVDF、2.5份SP、1份CNT和48份NMP混合，制备第二负极活性浆料，25℃下的粘度为6600～7000mPa.s，固含量为67.6％。

3)制备复合负极

在集流体铜箔两侧，先分别涂布一层第一负极活性浆料，烘烤和干燥，形成以集流体铝箔轴对称的两个第一负极活性层，得极片；然后，在所得极片两侧的第一负极活性层上分别涂布第二负极活性浆料，烘烤、干燥和辊压后，形成第复合负极。如图10所示，负极极片表面不可避免残留大量气孔，该气孔主要由于二次涂布时，溶剂先渗透到底层涂层、在烘烤时挥发形成表面气孔。

参照表1，分别以上述实施例和对比例所制备得到电极、常规石墨负极、常规NCM正极为原料，制备电芯A-H，并参照GB/T-31485分别进行针刺测试、挤压测试和热箱测试。测试结果如表1所示：

表1

由表1可知，采用实施例1和2的多层共挤出方法形成的梯度电势分布的正极，或采用实施例3-5的多层共挤出方法形成的梯度电势分布的负极制备的电芯在内短路热失控情况下，具有较高的安全性。比对比例1-2逐层涂布方法形成的梯度电势分布的正极或采用对比例1逐层涂布方法形成的梯度电势分布的负极制备的电芯的安全性好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种梯度电势分布的复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用多层共挤出涂布方法，于集流体一侧同时涂布多种电极活性浆料，形成多层电极活性层，且所述电极活性浆料为正极活性浆料，沿远离所述集流体的方向，多层所述电极活性层的电势梯度递减，或所述电极活性浆料为负极活性浆料，沿远离所述集流体的方向，多层所述电极活性层的电势梯度递增；

采用所述多层共挤出涂布方法，于所述集流体另一侧同时涂布多种所述电极活性浆料，形成多层电极活性层，以所述集流体为轴，两侧电极活性层对称分布；

所述集流体一侧的电极活性层的层数≥2。

2.根据权利要求1所述的梯度电势分布的复合电极的制备方法，其特征在于，所述集流体一侧的电极活性层的层数≥3。

3.根据权利要求2所述的梯度电势分布的复合电极的制备方法，其特征在于，所述电极活性浆料为正极活性浆料，每一种所述正极活性浆料在25℃下的粘度为在7000mPa.s±3000mPa.s之间，固含量在40％-80％之间。

4.根据权利要求3所述的梯度电势分布的复合电极的制备方法，其特征在于，所述正极活性浆料包括正极材料、导电剂、粘结剂、添加剂和溶剂。

5.根据权利要求4所述的梯度电势分布的复合电极的制备方法，其特征在于，所述正极材料选自富锂锰基固溶体材料、磷酸锰铁锂材料、三元镍钴锰材料、钴酸锂材料、镍酸锂材料和磷酸铁锂材料中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述的梯度电势分布的复合电极的制备方法，其特征在于，所述电极活性浆料为负极活性浆料，每一种所述负极活性浆料在25℃下的粘度在5000mPa.s±3000mPa.s之间，固含量在40％-70％之间。

7.根据权利要求6所述的梯度电势分布的复合电极的制备方法，其特征在于，所述负极活性浆料包括负极材料、导电剂、粘结剂、添加剂和溶剂。

8.根据权利要求7所述的梯度电势分布的复合电极的制备方法，其特征在于，所述负极材料选自石墨活性材料、SiOx活性材料、Sn活性材料和钛酸锂活性材料中的一种或几种；

其中，0≤x≤2。

9.一种复合电极，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备而成。

10.一种动力电池，其特征在于，包括权利要求9所述的复合电极。

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