專利名稱：電池極片及其涂布方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池極片及其涂布方法，主要應(yīng)用于磷酸鐵鋰電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是指其中的鋰離子(Li+)嵌入和脫嵌正負(fù)極材料的一種可充放電的電池，其正極一般采用嵌鋰化合物，如層狀晶體結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰(LiCoO2)、鎳酸鋰(LiNiO2)與尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的錳酸鋰(LiMn2O4)15充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外部電路供給到負(fù)極；放電時(shí)則相反，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極材料。1996年一種橄欖石晶體結(jié)構(gòu)的正極材料問世，而1997年美國(guó)德州大學(xué)的John B. Goodenough等幾位發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一種橄欖石晶體結(jié)構(gòu)的材料(參見美國(guó)專利US 5，910，382)，化學(xué)式為L(zhǎng)iFePO4，具有可嵌入、脫嵌的橄欖石晶體結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，LiFePO4在鋰離子電池正極材料的應(yīng)用已越來越重要，因橄欖石晶體結(jié)構(gòu)的 Lii^ePO4相較于層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2、尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特色，又因含鐵 0 )、磷(P)元素的化合物相較于其他材料較易取得，也因此作為鋰離子電池正極材料具有安全性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、成本低的優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池，特別是磷酸亞鐵鋰電池的極片制作，一般采用將電化學(xué)活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、黏著劑、稀釋劑等材料混合成漿料狀，在以噴墨、擠壓、印刷轉(zhuǎn)移等方式涂布漿料在極片基板材質(zhì)(如鋁箔、銅箔)上，經(jīng)過烘烤步驟使涂布的漿料固體化后，再經(jīng)過輥壓步驟把涂布的漿料材質(zhì)壓實(shí)，最后將極片依照制作電池所需的極片大小裁切。磷酸亞鐵鋰等材料作為鋰離子電池的正極材料，在極片制作過程中，需要較多的黏著劑黏合，材料的固液比的固體比重低，且黏度高，而不易涂布均勻；又，隨磷酸亞鐵鋰材料為加強(qiáng)充、放電速度，而提高比表面積，即粉體的顆粒越來越小、粉體間的空隙越來越大， 振實(shí)密度下降，與黏著劑、稀釋劑等混合的漿料的固體含量即會(huì)減少，液體成分增加，濕厚度也增加，烘干時(shí)移除的液體成分連帶增加，也造成均勻涂布的困難。參圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中所制成的極片20包括集流體21及涂布于集流體21上的活性材料層22，活性材料層22的兩端厚度過大，從而造成輥壓制程的困難，使中間材料層部分不易密實(shí)，影響振實(shí)密度；又若強(qiáng)行施壓，也可能造成極片兩端材料層于輥壓制程中斷裂。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中正極極片兩端的材料密度較高，將使充放電反應(yīng)時(shí)，負(fù)極相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)區(qū)域需要較高的材料密度，一般負(fù)極極片無法達(dá)到，不能接收較高密度的鋰離子，進(jìn)而產(chǎn)生安全性的疑慮。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種電池極片及其涂布方法，使極片兩端厚度較低，進(jìn)而提升或正面影響電池的效能與安全性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電池極片，包括集流體及涂布于所述集流體上的活性材料層，其中，所述活性材料層包括中間材料層及分別位于所述中間材料層兩端的起始材料層和結(jié)束材料層，所述起始材料層的厚度小于中間材料
層的厚度。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述起始材料層的厚度呈線性變化。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述結(jié)束材料層的厚度小于中間材料層的厚度。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述結(jié)束材料層的厚度呈線性變化。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以這樣實(shí)現(xiàn)
一種電池極片的涂布方法，提供一種涂布裝置，所述涂布方法包括以下步驟
(1)涂布起始步驟，用以涂布所述起始材料層；
(2)涂布中間步驟，用以涂布所述中間材料層； (3 )涂布結(jié)束步驟，用以涂布所述結(jié)束材料層，
其中，步驟(1)中涂布速度小于步驟(2)中涂布速度。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(1)中的涂布速度是逐漸增大的。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述涂布裝置包括一用以涂布所述活性材料層的涂布工具，所述步驟(1)還包括增大所述涂布工具與所述集流體之間距離的過程。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(3)中涂布速度小于所述步驟(2)中涂布速度。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(3)中的涂布速度是逐漸減小的。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述涂布裝置包括一用以涂布所述活性材料層的涂布工具，所述步驟(3)還包括增大所述涂布工具與所述集流體之間距離的過程。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述涂布裝置包括涂布工具和集流體滾輪，所述涂布工具包括漿料滾輪和漿料供應(yīng)裝置，所述漿料滾輪用以承載活性材料層并將所述活性材料層涂布于所述集流體上，所述集流體滾輪用以承載所述集流體，所述步驟(1)中漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比小于1。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述起始材料層包括起始涂布位置，所述漿料滾輪與集流體滾輪于起始涂布位置的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比為0. 5^0. 9。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(1)中漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比是逐漸增大的。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，自起始涂布位置左方的第一距離內(nèi)還包括漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比逐漸減小的過程，所述第一距離大于或等于1mm。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(1)包括增大漿料滾輪與集流體滾輪之間的脫離距離的過程。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(3)中漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比小于1。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述結(jié)束材料層包括結(jié)束涂布位置，所述漿料滾輪與集流體滾輪于結(jié)束涂布位置的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比為0. 5^0. 9。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(3)中漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比是逐漸減小的。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述結(jié)束材料層映射在水平方向的距離為第二距離，
5所述第二距離大于或等于1mm。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(3)包括增大漿料滾輪與集流體滾輪之間的脫離距離的過程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所獲得的極片兩端厚度比較薄，可以提升用該極片所制成的電池的效能和安全性。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中電池極片涂布的示意圖2所示為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中電池極片涂布的示意圖； 圖3所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中電池極片的涂布方法； 圖4所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中電池極片的涂布裝置。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。參圖2所示，電池極片10包括集流體11及涂布于集流體11上的活性材料層12。 集流體11為銅箔、鋁箔等基板；活性材料層12是由電化學(xué)活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘著劑、稀釋劑等混合成的漿料，其包括中間材料層121及分別位于中間材料層121兩端的起始材料層 122和結(jié)束材料層123。起始材料層122和結(jié)束材料層123均設(shè)置成坡狀，厚度呈線性變化，與中間材料層21連接后整體構(gòu)成梯形的活性材料層12。起始材料層122包括位于其最左端的起始涂布位置1221，結(jié)束材料層123包括位于其最右端的結(jié)束涂布位置1231。由于起始材料層122和結(jié)束材料層123的厚度小于中間材料層121的厚度，可以避免如下問題(1)極片兩端厚度過大將造成輥壓制程的困難，使中間材料層部分不易密實(shí)，影響振實(shí)密度；又若強(qiáng)行施壓，也可能造成極片兩端材料層于輥壓制程中斷裂。(2)正極片兩端的材料密度較高，將使充放電反應(yīng)時(shí)，負(fù)極相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)區(qū)域需要較高的材料密度，一般負(fù)極極片無法達(dá)到，不能接收較高密度的鋰離子，進(jìn)而產(chǎn)生安全性的疑慮。在其他實(shí)施方式中，起始材料層122和結(jié)束材料層123也可以設(shè)置為其他形狀，但是要滿足其厚度小于中間材料層121的厚度；也可以將起始材料層122和結(jié)束材料層123 中之一設(shè)置成小于中間材料層121的厚度。參圖3所示，一種電池極片的涂布方法，用以形成上述活性材料層12，包括以下步驟
(1)涂布起始步驟；
(2)涂布中間步驟；
(3)涂布結(jié)束步驟。其中，涂布起始步驟用以涂布活性材料層12的起始材料層122 ；涂布中間步驟用以涂布活性材料層12的中間材料層121 ；涂布結(jié)束步驟用以涂布活性材料層12的結(jié)束材料層123。為了獲得坡狀的起始材料層122和結(jié)束材料層123，步驟(1)和步驟(3)中的涂布速度均小于步驟(2)的涂布速度，且步驟(1)中的涂布速度是一個(gè)逐漸增大的過程，步驟 (3)中的涂布速度是一個(gè)逐漸減小的過程。所述降低涂布速度即單位時(shí)間內(nèi)，漿料涂布至集流體11上的流量減少。
通過上述方法將活性材料層12涂布至集流體11上的流程是這樣的自起始涂布位置1221開始逐步增大涂布速度，從而形成厚度線性增大的起始材料層122，然后維持涂布速度不變，并形成厚度均一的中間材料層，最后通過逐步減小涂布速度，從而形成厚度線性減小的結(jié)束材料層123?；钚圆牧蠈?2是通過涂布工具35涂布至集流體11上的，在一些實(shí)施例中，需要將涂布工具35與集流體11之間的距離增加，以免脫離時(shí)因材料黏性仍夾帶著部分漿料涂布于集流體上。上述涂布方法可以由噴墨、擠壓、印刷轉(zhuǎn)移等涂布方式實(shí)現(xiàn)。作為本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，以下結(jié)合印刷轉(zhuǎn)移的涂布方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述
參圖4所示，涂布裝置30包括漿料滾輪31、集流體滾輪32和漿料供應(yīng)裝置33，漿料滾輪31和漿料供應(yīng)裝置33構(gòu)成涂布工具35，涂布工具35用以將活性材料層22涂布至集流體11上。漿料供應(yīng)裝置33提供活性材料層22給漿料滾輪31，漿料滾輪31承載活性材料層22并將活性材料層22涂布于集流體11上，集流體滾輪32用以承載和傳動(dòng)集流體11。 漿料滾輪31和集流體滾輪32之間形成有脫離距離34。涂布裝置30是通過如下方式涂布而獲得坡狀的起始材料層122 在執(zhí)行步驟(1) 的開始，即于起始涂布位置1221時(shí)，漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比控制為 0. 5^0. 9，在涂布過程中逐步增大漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比，并使得該轉(zhuǎn)動(dòng)速度比最終達(dá)到1，然后維持該轉(zhuǎn)動(dòng)速度比進(jìn)入涂布中間材料層121過程。由于漿料滾輪 31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比在執(zhí)行步驟(1)的過程中逐漸增大，所以最終可以獲得厚度逐漸增大的起始材料層122。在涂布中間材料層121的過程中，由于漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比始終控制在1 :1，所以所獲得的中間材料層121厚度均一。為了使得在起始涂布位置1221時(shí)，漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比達(dá)到0. 5^0. 9，需要在進(jìn)行涂布起始材料層122之前有一個(gè)減速的過程，該減速過程指的是漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比自1降低至0. 5^0. 9的過程，減速過程是于起始涂布位置1221左側(cè)第一距離13的范圍內(nèi)進(jìn)行，第一距離13大于或等于1mm。涂布裝置30是通過如下方式涂布而獲得坡狀的結(jié)束材料層123 中間材料層121 在完成涂布之后立即進(jìn)入結(jié)束材料層123的涂布，在結(jié)束材料層123的涂布過程中，漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比逐漸減小，到達(dá)結(jié)束涂布位置1231時(shí)，漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比控制在0. 5^0. 9之間。為了滿足在結(jié)束涂布位置1231時(shí)，漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比可以達(dá)到0. 5^0. 9，設(shè)置結(jié)束材料層123映射在水平方向的第二距離14大于或等于1mm。漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比的控制，可通過改變漿料滾輪31的轉(zhuǎn)速、集流體滾輪32的轉(zhuǎn)速或同時(shí)改變漿料滾輪31和集流體滾輪32的轉(zhuǎn)速。為了避免脫離時(shí)因材料黏性仍夾帶著部分漿料涂布于集流體上，降低技術(shù)效果， 在起始涂布位置1221和結(jié)束涂布位置1231處，增大漿料滾輪31和集流體滾輪32之間的脫離距離34，在最佳實(shí)施例中，所述脫離距離34增大之后為3 μ m至3. 75 μ m。本發(fā)明適用于磷酸亞鐵鋰正極材料的涂布，特別在于比表面積高、固液比中固體比重低的奈米化磷酸亞鐵鋰電池，使烘干后極片兩端厚度較低，厚度呈倒V或倒U字型分布，進(jìn)而提升或正面影響電池的效能與安全性。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種電池極片，包括集流體及涂布于所述集流體上的活性材料層，其特征在于所述活性材料層包括中間材料層及分別位于所述中間材料層兩端的起始材料層和結(jié)束材料層，所述起始材料層的厚度小于中間材料層的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池極片，其特征在于所述起始材料層的厚度呈線性變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池極片，其特征在于所述結(jié)束材料層的厚度小于中間材料層的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池極片，其特征在于所述結(jié)束材料層的厚度呈線性變化。
5.一種如權(quán)利要求1所述電池極片的涂布方法，其特征在于，提供一種涂布裝置，所述涂布方法包括以下步驟(1)涂布起始步驟，用以涂布所述起始材料層；(2)涂布中間步驟，用以涂布所述中間材料層；(3 )涂布結(jié)束步驟，用以涂布所述結(jié)束材料層，其中，步驟(1)中涂布速度小于步驟(2)中涂布速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述步驟(1)中的涂布速度是逐漸增大的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述涂布裝置包括一用以涂布所述活性材料層的涂布工具，所述步驟(1)還包括增大所述涂布工具與所述集流體之間距離的過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述步驟(3)中涂布速度小于所述步驟(2)中涂布速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述步驟(3)中的涂布速度是逐漸減小的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述涂布裝置包括一用以涂布所述活性材料層的涂布工具，所述步驟(3)還包括增大所述涂布工具與所述集流體之間距離的過程。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述涂布裝置包括涂布工具和集流體滾輪，所述涂布工具包括漿料滾輪和漿料供應(yīng)裝置，所述漿料滾輪用以承載活性材料層并將所述活性材料層涂布于所述集流體上，所述集流體滾輪用以承載所述集流體，所述步驟(1)中漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比小于1。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述起始材料層包括起始涂布位置，所述漿料滾輪與集流體滾輪于起始涂布位置的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比為0. 5^0. 9。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述步驟(1)中漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比是逐漸增大的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池極片的涂布方法，其特征在于自起始涂布位置左方的第一距離內(nèi)還包括漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比逐漸減小的過程，所述第一距離大于或等于1mm。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述步驟(1)包括增大漿料滾輪與集流體滾輪之間的脫離距離的過程。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述步驟(3)中漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比小于1。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述結(jié)束材料層包括結(jié)束涂布位置，所述漿料滾輪與集流體滾輪于結(jié)束涂布位置的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比為0. 5^0. 9。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述步驟(3)中漿料滾輪與集流體滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比是逐漸減小的。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述結(jié)束材料層映射在水平方向的距離為第二距離，所述第二距離大于或等于1mm。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池極片的涂布方法，其特征在于所述步驟(3)包括增大漿料滾輪與集流體滾輪之間的脫離距離的過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池極片及其涂布方法，所述電池極片，包括集流體及涂布于所述集流體上的活性材料層，所述活性材料層包括中間材料層及分別位于所述中間材料層兩端的起始材料層和結(jié)束材料層，所述起始材料層的厚度小于中間材料層的厚度，所述結(jié)束材料層的厚度小于中間材料層的厚度。本發(fā)明的有益效果是可以提升用該極片所制成的電池的效能和安全性。
文檔編號(hào)B05D1/36GK102420314SQ20111039518
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者曾裕, 黃仁治 申請(qǐng)人:冠碩新能源(香港)有限公司, 蘇州冠碩新能源有限公司