CN102891283B

CN102891283B - 锂离子动力电池负极干混配料工艺

Info

Publication number: CN102891283B
Application number: CN201110205831.9A
Authority: CN
Inventors: 娄勇刚; 刘勇; 闻涛; 沈成龙; 周华成
Original assignee: HUBEI CAMEL SPECIAL POWER SUPPLY CO Ltd
Current assignee: HUBEI CAMEL SPECIAL POWER SUPPLY CO Ltd
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: CN102891283A

Abstract

一种锂离子动力电池负极干混配料工艺。包括：①在搅拌缸中加入增稠剂和溶剂；②启动搅拌机，先低速搅拌20±5分钟，刮料，再次对搅拌缸加入循环水进行高速搅拌120±30分钟至浆料均匀，保存；③取另一搅拌机，加入导电剂和负极活性物质，并在搅拌设备加料完后进行低速搅拌30±15分钟；④在工序③所得初混浆料中加入工序②所得胶液，先低速搅拌30±15分钟，刮料，再继续高速搅拌120±15分钟，冷却；⑤在工序④所得浆料中加粘结剂和剩余溶剂，低速搅拌60±15分钟，冷却；⑥在工序⑤所得浆料中加入添加剂，低速搅拌60±15分钟，冷却保存。本发明配料时间短、混料均匀和浆料无气泡、设备利用率提高、可减少成本率。

Description

锂离子动力电池负极干混配料工艺

技术领域

本发明属于锂离子电池配料生产工艺。

背景技术

随着电子、航空以及汽车等科技的发展，石油，天然气等不可再生石化燃料的耗竭、空气污染和温室效应等全球性的问题日益受到关注，基于能源技术的发展水平，为了缓解甚至解决这些全球性问题，目前对节能环保移动电源的需求快速增长。由于锂离子电池具有高电压、高容量的优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。

锂离子动力电池尤其是纯电动汽车电池、电动摩托车电池、电动自行车电池、储能电池等高能量高功率电池是我们的重点发展趋势，然而每组产品都是以多个单体电池通过并、串组合而成，因此要求单体电池的一致性非常高，也就是要求单极片均匀，换句话说就是要求混料均匀。

目前状况：1）因为负极材料粒径较大难分散，所以负极极片容易出现颗粒，划痕、暗痕等现象，而动力电池在叠片过程中极片面积大，所以对负极配料均匀要求更加严格。假如极片表面出现颗粒、划痕、暗痕等，这样在充放电过程中极易导致极片析锂，一旦析锂，容易导致电池短路，循环寿命下降和电池自放电严重等问题，最终导致成组电池充放电过快，使用时间短，严重会导致电池过充放甚至起火、爆炸等；

2）目前锂离子电池负极配料工艺时间需要十个小时以上，时间太长，导致设备利用率低；

3）极片容易出现气泡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配料时间短、混料均匀和浆料无气泡、设备利用率提高、成本率减少的锂离子动力电池负极干混配料工艺。

本发明的技术解决方案：原料重量份配比如下：

增稠剂：0.5～0.8；粘结剂：1.0～1.3；导电剂：0.5～0.7；负极活性物质：31.8~46.0；溶剂： 49.9～65.3；添加剂：0.9～1.3。

所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠；

所述粘结剂包括：PVA(聚乙烯醇)、PTFE（聚四氟乙烯）、CMC（羧甲基纤维素钠）、聚烯烃、PVDF(聚偏氟乙烯)、SBR（丁苯橡胶）、氟化橡胶，聚氨酯、LA(聚丙烯腈共聚物)等；

所述导电剂包括KS（石墨导电剂），SP（碳黑导电剂）；

所述负极活性物质：NG（天然石墨）、AG（人造石墨）、CG（复合石墨）；

所述溶剂：H₂O（去离子水）；

所述添加剂：PVP（聚维酮/聚乙烯基吡咯烷酮）、NMP（N-甲基吡咯烷酮）。

本发明的工序为：

①加料：在搅拌缸中加入配方比重量的增稠剂和配方比重量的90.0wt% 溶剂；

②胶液分散：启动搅拌机，先低速搅拌20±5分钟，刮料，启动冷却循环水装置，接着高速搅拌120±30分钟至浆料均匀，保存；

③干混（初混浆料）：取另一搅拌机，加入配方比重量导电剂和配方比重量负极活性物质，并在搅拌设备加料完后进行低速搅拌30±15分钟；

④混料分散：在工序③所得初混浆料中加入工序②所得胶液，先低速搅拌30±15分钟，刮料，再继续高速搅拌120±15分钟，对搅拌缸的夹套通入冷却水使浆料冷却至45~60℃，保存；

⑤粘度剂分散：在工序所得浆料中加配方比重量的粘结剂和10%的剩余溶剂，低速搅拌60±15分钟，对搅拌缸的夹套通入冷却水使浆料冷却至25~45℃，保存；

⑥加入添加剂：在工序所得浆料中加入添加剂，低速搅拌60±15分钟，对搅拌缸的夹套通入冷却水使浆料冷却至25~45℃，保存；

⑦逆向搅拌：在工序完成浆料进行逆时针低速搅拌30±15分钟，保存。

⑧颗粒筛选：对工序⑦制得的浆料进行粘度测试，粘度合格后对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带。

本发明的工序中所述的低速搅拌速度为公转15±5HZ、自转10±2HZ；高速搅拌速度为公转35±5HZ、自转30±5 HZ。

本发明的工序、④中所述的刮料具体操作是把搅拌缸壁溅起浆料和搅拌机上的剩余浆料用刮料板刮到搅拌缸里。

本发明的工序除③加料和干混（初混浆料）工序外其他工序搅拌及静置保存均在真空下进行。

当两物体相互接触达到紧密的界面分子接触状态时，将直接生成新的界面层，两物体接触界面产生附着力，附着力包括共价键。

在热固性浆料中会产生强连结性、强耐久性的共价键。共价键产生前提是相互反应的化学基团牢牢结合在铜箔上。当浆料涂于铜箔上时，在干燥和固化的过程中产生附着力。另外采用双毛光铜箔和高分子粘结料(CMC，SBR)，会使界面有很强的附着力，再加上界面层很薄，界面上的化学键很难检测到而确实发生了界面键合，从而大大提高了粘结强度。

负极配料加入添加剂羰基C＝O，在合适的条件下，负极料形成化学键。

由一个 sp2或sp杂化（见杂化轨道）的碳原子与一个氧原子通过双键（见化学键）相结合而成的基团，可以表示为：

羰基C＝O的双键的键长约1.22埃。

由于氧的电负性(3.5)大于碳的电负性(2.5)，C＝O键的电子云分布偏向于氧原子，这个特点决定了羰基的极性和化学反应性。

构成羰基的碳原子的另外两个键，可以以单键或双键的形式与其他原子或基团相结合而成为种类繁多的羰基化合物，羰基化合物可分为醛酮类和羧酸类两类(R为烷基)：

醛酮类：R─CH─O 醛、R─CO─R 酮、R─CH─C─O 烯酮，上述三种含反应性基团添加剂，容易与亲核试剂发生亲核加成反应。

本发明采用了添加剂PVP（聚维酮/聚乙烯基吡咯烷酮）、NMP（N-甲基吡咯烷酮），从而降低了浆料沉降速度和加快浆料气泡消除速度，从而保证浆料稳定。

本发明的干混是将活性物质和导电剂在无其他溶剂的条件下直接搅拌混合，这样可以使配料时间缩短，并且使浆料更加均匀。

本发明在工序中添加逆转搅拌工艺，这样搅拌过程中产生的反剪切力将由于速度过快产生的气泡排除，使浆料更加均匀。

本发明添加干料混合工序、添加剂和逆转搅拌工艺，对负极料表面柔韧性及黏结性增强和极片颗粒减少起到了很好的作用，由于配料间短，混料均匀，水性浆料无气泡，这样大大提高了设备利用率，减少了成本，并且提高了极片的质量。

具体实施方式

实施例１

增稠剂：CMC（羧甲基纤维素钠）0.7 wt%；

粘结剂：SBR（丁苯橡胶）1.1 wt%；

导电剂：SP（炭黑导电剂）0.5 wt%；

负极活性物质：AG（人造石墨）42.6wt%；

溶剂：H₂O（去离子水）53.8 wt%；

添加剂：NMP（N-甲基吡咯烷酮）1.3 wt%；

①加料：配料搅拌缸加入上述比增稠剂CMC和90.0 wt% 溶剂H₂O；

②打胶：启动搅拌机，先低速搅拌20分钟，刮料，再次对搅拌缸加入循环水进行高速搅拌120分钟至浆料均匀，保存；

③干混（初混浆料）：取另一搅拌机，加入配方比重量导电剂SP和配方比重量负极活性物质AG，进行低速搅拌30分钟；

④混料分散：在工序③所得初混浆料中加入工序②所得浆料，低速搅拌30分钟，刮料，再高速搅拌120分钟，对搅拌缸通入循环水使浆料冷却至45℃，保存；

⑤粘度剂分散：在工序所得浆料中加配方比重量的粘结剂和10%的剩余溶剂，低速搅拌60分钟，对搅拌缸通入循环水使浆料冷却至25℃，保存；

⑥加入添加剂：在工序所得浆料中加入添加剂NMP，低速搅拌60分钟，对搅拌缸通入循环水使浆料冷却至25℃，保存；

⑦逆向搅拌：对工序完成浆料进行逆时针低速搅拌30分钟，保存。

⑧颗粒筛选：对上面完成的浆料进行粘度测试，粘度合格后对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带。

实施例2

增稠剂：CMC（羧甲基纤维素钠）0.5 wt%；

粘结剂：SBR（丁苯橡胶）1.2 wt%；

导电剂：SP和KS（炭黑导电剂和石墨导电剂）0.5wt%；

负极活性物质：CG(复合石墨) 40.9wt%；

溶剂：H₂O（去离子水）56.0 wt%；

添加剂：PVP（聚维酮/聚乙烯基吡咯烷酮）0.9wt%；

① 加料：配料搅拌缸加入上述比增稠剂CMC和90.0 wt% 溶剂H₂O；

② 打胶：启动搅拌机，低速搅拌20分钟，刮料，再次对搅拌缸加入循环水进行高速搅拌100分钟至浆料均匀，保存；

③ 干混（初混浆料）：取另一搅拌机，加入配方比重量导电剂SP和配方比重量负极活性物质AG，进行低速搅拌30分钟；

④ 混料分散：在工序③所得初混浆料中加入工序②所得浆料，低速搅拌30分钟，刮料，再高速搅拌120分钟，对搅拌缸通入循环水使浆料冷却至45℃，保存；

⑤ 粘度剂分散：在工序所得浆料中加配方比重量的粘结剂和10%的剩余溶剂，低速搅拌50分钟，对搅拌缸通入循环水使浆料冷却至35℃，保存；

⑥ 加入添加剂：在工序所得浆料中加入添加剂PVP，低速搅拌50分钟，对搅拌缸通入循环水使浆料冷却至35℃，保存；

⑦ 逆向搅拌：对工序完成浆料进行逆时针低速搅拌40分钟，保存。

颗粒筛选：对上面完成的浆料进行粘度测试，粘度合格后对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带。

Claims

1.一种锂离子动力电池负极干混配料工艺，其原料重量份配比为：

增稠剂：0.5～0.8；粘结剂：1.0～1.3；导电剂：0.5～0.7；负极活性物质：31.8~46.0；溶剂：49.9～65.3；添加剂：0.9～1.3；

所述增稠剂包括：羧甲基纤维素钠；

所述粘结剂包括：聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚烯烃、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、氟化橡胶，聚氨酯、聚丙烯腈共聚物；

所述导电剂：石墨导电剂，碳黑导电剂；

所述负极活性物质：天然石墨、人造石墨、复合石墨；

所述溶剂：去离子水；

所述添加剂：聚维酮/聚乙烯基吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮；

其工序包括：

③初混浆料：取另一搅拌机，加入配方比重量导电剂和配方比重量负极活性物质，并在搅拌设备加料完后进行低速搅拌30±15分钟；

④混料分散：在工序③所得初混浆料中加入工序②所得胶液，先低速搅拌30±15分钟，刮料，再继续高速搅拌120±15分钟，然后使浆料冷却至45~60℃，保存；

⑤粘度剂分散：在工序所得浆料中加配方比重量的粘结剂和10%的剩余溶剂，低速搅拌60±15分钟，然后使浆料冷却至25~45℃，保存；

⑥加入添加剂：在工序所得浆料中加入添加剂，低速搅拌60±15分钟，然后使浆料冷却至25~45℃，保存；

⑦逆向搅拌：在工序⑥完成浆料进行逆时针低速搅拌30±15分钟。

2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池负极干混配料工艺，其特征在于：所述工序还包括⑧颗粒筛选：对工序⑦制得的浆料进行粘度测试，粘度合格后对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带。

3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池负极干混配料工艺，其特征在于：工序中所述的低速搅拌速度为公转15±5HZ、自转10±2HZ；高速搅拌速度为公转35±5HZ、自转30±5 HZ。

4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池负极干混配料工艺，其特征在于：工序、④中所述的刮料具体操作是把搅拌缸壁溅起浆料和搅拌机上的剩余浆料用刮料板刮到搅拌缸里。

5.根据权利要求1所述的锂离子动力电池负极干混配料工艺，其特征在于：除工序加料和工序③初混浆料工序外其他工序搅拌及静置保存均在真空下进行。