CN106654153A - 锂离子电池浆料及合浆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池浆料及合浆方法。该合浆方法包括以下步骤：称取活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂，并将所述活性物质、所述粘结剂和所述导电剂干混处理，得干混物料；将30‑35wt％的所述溶剂加入所述干混物料中第一次混溶后，进行第一次刮料；将35‑40wt％的所述溶剂加入所述第一次刮料后的物料中第二次混溶后，进行第二次刮料；将剩余的所述溶剂加入所述第二次刮料后的物料中，进行第三次混溶，得合浆浆料。该电池浆料由该合浆方法制得。本发明不仅缩短了合浆时间，提高了生产效率；而且出料后的浆料粘度稳定，提高了浆料均一性。

Description

锂离子电池浆料及合浆方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池浆料及合浆方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。
在锂离子电池浆料中，颗粒状活性物质的分散性和均匀性直接响到锂离子在电池两极间的运动，因此在锂离子电池生产中各极片材料的浆料的混合分散至关重要，浆料分散质量的好坏，直接影响到后续锂离子电池生产的质量及其产品的性能。锂离子电池生产首先需要合浆，即将正极或负极活性材料、导电剂、粘结剂及溶剂混合在一起，搅拌成浆料；而合浆工艺又是电池制作的重要一环，对电池的一致性起到重要作用。浆料的好坏体现在均一性上，同时影响涂布质量，从而影响电池的性能，而目前的合浆方法有搅拌时间长、工作效率低，制得的浆料稳定性及均匀性差，浆料粘度随时间变化较大等缺点。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种锂离子电池浆料及合浆方法，旨在解决现有技术中合浆浆料粘度不稳定、均一性差，以及合浆工艺效率低等技术问题。
为实现上述发明目的，本发明一方面，提供一种锂离子电池合浆方法，包括如下步骤：
称取活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂，并将所述活性物质、所述粘结剂和所述导电剂干混处理，得干混物料；
将30-35wt％的所述溶剂加入所述干混物料中第一次混溶后，进行第一次刮料；
将35-40wt％的所述溶剂加入所述第一次刮料后的物料中第二次混溶后，进行第二次刮料；
将剩余的所述溶剂加入所述第二次刮料后的物料中，进行第三次混溶，得合浆浆料。
与现有技术相比，本发明提供的锂离子电池合浆方法的有益效果如下：1.缩短了合浆时间，提高了生产效率；2.制得的浆料粘度稳定，合浆后其粘度随时间的变化很小；3.制得的浆料具有很好的均一性，提高了后续涂布质量。
本发明另一方面，提供一种锂离子电池浆料，所述电池浆料由上述的锂离子电池合浆方法制得。
本发明提供的锂离子电池浆料，因上述特有的锂离子电池合浆方法制得，使得该浆料粘度稳定，合浆后24小时内其粘度变化小；且浆料质量优异，浆料的颗粒度显著低于现有技术，更有利于后续涂布工艺。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种锂离子电池合浆方法，该方法包括如下步骤：
S01：称取活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂，并先将活性物质、粘结剂和导电剂干混处理，得干混物料。
S02：将30-35wt％的溶剂加入上述步骤S01的干混物料中，第一次混溶后，进行第一次刮料。
S03：将35-40wt％的溶剂加入上述步骤S02的第一次刮料后得到的物料中，第二次混溶后，进行第二次刮料；
S04：将剩余溶剂加入上述步骤S03的第二次刮料后得到的物料中，进行第三次混溶，得合浆浆料。
本发明实施例提供的锂离子电池合浆方法不仅缩短了合浆时间，提高了生产效率；而且出料后的浆料粘度稳定，合浆后粘度随时间的变化很小，提高了浆料均一性。
具体地，在上述步骤S01中，干混处理过程为：在温度为40-50度，公转速度为6-8转/分钟的条件下，搅拌8-10分钟。温度可优选40度、45度或50度；公转速度可优选6转/分钟、7转/分钟或8转/分钟；搅拌时间可优选8分钟、9分钟或10分钟。在优选的公转速度、搅拌时间和温度条件下，该步骤S01中的粘结剂、导电剂能更有效地、均匀地分散在活性物质中，得到均匀的干混物料。该良好、均匀的干混物料，更有利于提高后续混溶工艺中溶剂溶解的效率。
具体地，在上述步骤S02中，第一次混溶过程为：在温度为40-50度，公转速度为12-15转/分钟的条件下，搅拌5-7分钟。其中，温度可优选40度、45度或50度；公转速度可优选12转/分钟、14转/分钟或15转/分钟；搅拌时间可优选5分钟、6分钟或7分钟，且溶剂的量可优选30wt％、32wt％或35wt％。在优选的溶剂量、公转速度、搅拌时间和温度条件下，可使溶剂充分浸润上述步骤S01得到的干混物料中的活性物质、粘结剂、导电剂。此步骤中，先优先加入30-35wt％的溶剂，用于适当浸润干混物料，更有益于后续溶剂量的混溶效率发挥，使最终合浆浆料均匀、粘度稳定。
具体地，在上述步骤S02中，第一次刮料的时间为1-2分钟。刮料时，用刮料铲将粘附在搅拌桨与合浆罐上壁沿的干粉团刮至合浆罐中，可使加入的干粉在硬炼搅拌阶段与溶剂进行充分混合，颗粒之间在浸润状态下相互摩擦，最终使活性物质、导电剂、粘结剂在微观状态得到充分混合，形成均匀、细小分散的粘稠状态。当然，为了使步骤S02的混溶更加充分，在第一次刮料后的物料加入后续的35-40wt％溶剂前，可先进一步将物料在温度为40-50度，公转速度为12-15转/分钟的条件下，搅拌15-20分钟，然后再刮料1-2分钟。此次刮料，用刮料铲将粘附在搅拌桨与合浆罐上壁沿的粘稠浆料团刮至合浆罐中，以确保所有粘稠状的物料在下一步溶剂混溶搅拌工序中，得到充分的稀释、分散搅拌。通过此次搅拌和刮料，更有益于后续溶剂效率发挥。
具体地，在上述步骤S03中，第二次混溶过程为：在温度为25-30度，压强为负80-85千帊，公转速度为12-15转/分钟、自转速度为2800-3000转/分钟的条件下，真空搅拌25-30分钟。其中，温度可优选25度、28度或30度；压强可优选负80千帊、负83千帊或负85千帊；公转速度可优选12转/分钟、14转/分钟或15转/分钟；自转速度可优选2800转/分钟、2900转/分钟或3000转/分钟，溶剂的量可优选35wt％、38wt％或40wt％。在该优选溶剂量、公转速度、自转速度，以及温度和压强条件下，真空搅拌25-30分钟，可以有效防止空气进入正在搅拌的浆料之中形成微小气泡，从而进一步有效地稀释、分散搅拌物料。在该步骤S03特有的温度和压强下，搅拌的物料更能分散均匀，最终有益于提高浆料的粘度稳定性。
具体地，在上述步骤S03中，第二次刮料的时间为1-2分钟，可优选1分钟或2分钟。此次刮料，用刮料铲将附着在合浆罐下壁(浆料液面下)与合浆罐底部的少量微小气泡(气泡包裹活性物质或导电剂细小颗粒)，刮至浆料之中，同时通过后续真空搅拌，使最终得到效稀释、分散均匀和粘度稳定的搅拌浆料。
具体地，在上述步骤S04中，第三次混溶过程为：在温度为25-30度，压强为负80-85千帊，公转速度为12-15转/分钟、自转速度为2800-3000转/分钟条件下，真空搅拌25-30分钟，得合浆浆料；其中，温度可优选25度、28度或30度；压强可优选负80千帊、负83千帊或负85千帊；公转速度可优选12转/分钟、14转/分钟或15转/分钟；自转速度可优选2800转/分钟、2900转/分钟或3000转/分钟。因前序步骤S02和步骤S03中添加特定量的溶剂，以及结合特有的工艺参数，去分散溶解干混物料，又在该步骤S04特有的温度和压强下，以及其他各种工艺参数相结合的条件下，最终得到均匀稳定的浆料。
具体地，在本发明任一实施例中，该合浆方法中的活性材料的重量份为：70-75份；粘结剂的重量份为：0.5-1份；导电剂的重量份为0.5-1份；溶剂的重量份为20-25份。其中，活性材料的重量份可优选70份、72份或75份；粘结剂的重量份可优选为：0.5份、0.7份、1份；导电剂的重量份可优选为：0.5份、0.7份或1份；溶剂的重量份可优选为：20份、23份或25份。电池浆料中，增加活性材料的比重，减少粘结剂量的使用，更有益于后续电池性能的提高；本发明实施例就是在本发明提供的合浆工艺的基础上，降低粘结剂的量，提高活性材料的比重，在该优选的各种材料重量份的范围内，使该合浆方法制得的料浆对最终电池的性能最佳。
具体地，在本发明任一实施例中，该合浆方法中的活性材料为正极材料或负极材料，正极材料可以为镍钴锰酸锂、钴酸锂和锰酸锂中的一种或多种，负极材料可以为石墨、石墨烯和硅碳中的一种或多种；粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或多种；导电剂为乙炔黑、科琴黑、KS-6(一种各向同性的类球形人造石墨)和Super P(一种导电炭黑)中的一种或多种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮和去离子水中的一种或多种。该活性材料、粘结剂、导电剂和溶剂都是合浆工艺材料的常规选择，都可以在市场上获得。
总之，本发明实施例提供的合浆方法，通过多次刮料、溶剂分三次加入物料中进行溶解混溶，并结合优选的公转速度、自转速度、搅拌时间，以及温度和压强等工艺参数，各步骤之间通过协效作用，作为一个整体技术方案，最终得到颗粒均一、粘度稳定的浆料，提高了浆料质量，从而有益于后续涂布工艺，最终提高了电池的使用性能。
同时，本发明实施例还提供一种锂离子电池浆料，该电池浆料由上述锂离子电池合浆方法制得。在合浆完成后，对合浆浆料进行粘度测试，观察粘度随时间的变化；结果显示，合浆后24小时内浆料粘度随时间的变化很小，具有很好的稳定性。
本发明提供的锂离子电池浆料，因上述特有的锂离子电池合浆方法制得，使得该浆料粘度稳定，浆料质量优异，浆料的颗粒度显著低于现有技术，更有利于后续涂布工艺，提高电池性能。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种锂离子电池合浆方法，具体包括如下步骤：
S11：按重量份计算，称取70份活性物质、0.5份粘结剂、0.5份导电剂和20份溶剂，并先将活性物质、粘结剂和导电剂在温度为40度，公转速度为8转/分钟条件下，搅拌10分钟，得干混物料。
S12：将30wt％溶剂(即6份溶剂)加入上述干混物料中，在温度为40度，公转速度为15转/分钟条件下，搅拌7分钟，并进行2分钟刮料；
进一步，将上述刮料后得到的物料在在温度为40度，公转速度为15转/分钟条件下，搅拌20分钟，并进行1分钟刮料。
S13：将35wt％溶剂(即7份溶剂)加入上述步骤S12最后刮料后得到的物料中，在温度为25度，压强为负80千帊，公转速度为15转/分钟、自转速度为2800转/分钟的条件下，真空搅拌30分钟，并进行2分钟刮料。
S14：将剩余溶剂(即7份溶剂)加入到上述步骤S13刮料后得到的物料中，在温度为25度，压强为负80千帊，公转速度为15转/分钟、自转速度为3000转/分钟的条件下，真空搅拌25分钟，得合浆浆料。
本实施例还提供一种锂离子电池浆料，该浆料由上述方法制得。
本实施例1中活性材料可以为正极材料或负极材料，正极材料可以为镍钴锰酸锂、钴酸锂和锰酸锂中的一种或多种，负极材料可以为石墨和硅碳中的一种或多种；粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或多种；导电剂为乙炔黑、科琴黑、KS-6和Super P中的一种或多种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮和去离子水中的一种或多种。以上材料都是常规选择。
实施例2
本实施例提供一种锂离子电池合浆方法，具体包括如下步骤：
S21：按重量份计算，称取75份活性物质、1份粘结剂、1份导电剂和25份溶剂，并先将活性物质、粘结剂和导电剂在温度为40度，公转速度为6转/分钟条件下，搅拌8分钟，得干混物料。
S22：将35wt％溶剂(即8.75份溶剂)加入上述干混物料中，在温度为50度，公转速度为12转/分钟条件下，搅拌5分钟，并进行1分钟刮料；
进一步，将上述刮料后得到的物料在温度为50度，公转速度为12转/分钟条件下，搅拌15分钟，并进行1分钟刮料。
S23：将40wt％(即10份溶剂)溶剂加入上述步骤S22最后刮料得到的物料中，在温度为30度，压强为负85千帊，公转速度为12转/分钟、自转速度为3000转/分钟条件下，真空搅拌25分钟，并进行2分钟刮料。
S24：将剩余溶剂(即6.25份溶剂)加入到上述步骤S23刮料后得到的物料中，在温度为30度，压强为负85千帊，公转速度为12转/分钟、自转速度为3000转/分钟条件下，真空搅拌30分钟，得合浆浆料。
本实施例还提供一种锂离子电池浆料，该浆料由上述方法制得。
本实施例2中活性材料可以为正极材料或负极材料，正极材料可以为镍钴锰酸锂、钴酸锂和锰酸锂中的一种或多种，负极材料可以为石墨和硅碳中的一种或多种；粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或多种；导电剂为乙炔黑、科琴黑、KS-6和Super P中的一种或多种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮和去离子水中的一种或多种。以上材料都是常规选择。
性能测试及对比例
对实施例1和实施例2提供的合浆方法制得的浆料进行粘度测试，并在24小时内观察其粘度随时间的变化，其结果如下表1显示。
表1
测试时间 实施例1浆料粘度(mpa.s) 实施例2浆料粘度(mpa.s)
合浆完成 6529 6457
1小时 6501 6460
2小时 6540 6482
4小时 6552 6503
6小时 6601 6550
10小时 6823 6781
14小时 6905 6854
18小时 6950 6905
24小时 7020 6980
24小时内变化率 7.5％ 8.0％
上述结果表明：合浆完成后，浆料粘度在24小时内随时间的变化很小(增加7.5％-8％)，具有很好的稳定性。同时，对传统合浆方法得到的浆料用相同测试方式进行粘度测试，其结果见下表2。从表2中的数据可知：传统合浆方法得到的浆料粘度在24小时内随时间的变化非常大，从6650mpa.s增加到9896mpa.s，即粘度增加量为48％，约是本实施例1和实施例2的6倍。由此对比可知，相对现有传统合浆方法，本实施例的合浆方法制得的浆料粘度具有更好的稳定性。
表2
同时，对实施例1和实施例2提供的合浆方法和传统合浆方法得到的浆料进行颗粒性能检测，测试结果如表3所示。从表可知，本实施例提供的制备方法，颗粒度更小，表明该方法制得的浆料中的活性物质得到充分分散搅拌，有利于下一工序(涂布)的生产，最终得到更好性能的电池。同时，本方法保证了生产品质固含量更接近于理论固含量，表明本发明的合浆方法更能减少在合浆过程中固体活性物质的损失；而传统方法，部分活性物质残留在合浆罐壁与搅拌桨上面，未到合浆浆料之中，从而低于本发明实施例的固含量。
表3
总之，本发明提供的锂离子电池合浆方法缩短了合浆时间，提高了生产效率；该方法制得的浆料粘度稳定，具有很好的均一性，提高了浆料质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池合浆方法，其特征在于，包括如下步骤：
称取活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂，并将所述活性物质、所述粘结剂和所述导电剂干混处理，得干混物料；
将30-35wt％的所述溶剂加入所述干混物料中第一次混溶后，进行第一次刮料；
将35-40wt％的所述溶剂加入所述第一次刮料后的物料中第二次混溶后，进行第二次刮料；
将剩余的所述溶剂加入所述第二次刮料后的物料中，进行第三次混溶，得合浆浆料。
2.如权利要求1所述的锂离子电池合浆方法，其特征在于，所述干混处理过程为：温度为40-50度，公转速度为6-8转/分钟的条件下，搅拌8-10分钟；和/或
所述第一次混溶过程为：温度为40-50度，公转速度为12-15转/分钟的条件下，搅拌5-7分钟；和/或
所述第二次混溶过程为：温度为25-30度，压强为负80-85千帊，公转速度为12-15转/分钟、自转速度为2800-3000转/分钟的条件下，真空搅拌25-30分钟；和/或
所述第三次混溶过程为：温度为25-30度，压强为负80-85千帊，公转速度为12-15转/分钟、自转速度为2800-3000转/分钟的条件下，真空搅拌25-30分钟。
3.如权利要求1所述的锂离子电池合浆方法，其特征在于，所述第一次刮料得到的物料在加入所述溶剂前，先在温度为40-50度，公转速度为12-15转/分钟的条件下，搅拌15-20分钟，然后刮料1-2分钟。
4.如权利要求1所述的锂离子电池合浆方法，其特征在于，所述第一次刮料的时间为1-2分钟；和/或
所述第二次刮料的时间为1-2分钟。
5.如权利要求1所述的锂离子电池合浆方法，其特征在于，所述活性材料的重量份为：70-75份；所述粘结剂的重量份为：0.5-1份；所述导电剂的重量份为0.5-1份；所述溶剂的重量份为20-25份。
6.如权利要求1-5任一所述的锂离子电池合浆方法，其特征在于，所述活性物质为正极活性材料，所述正极活性材料包括：镍钴锰酸锂、钴酸锂和锰酸锂中的一种或多种；或
所述活性物质为负极活性材料，所述负极活性材料包括：石墨、石墨烯和硅碳中的一种或多种。
7.如权利要求1-5任一所述的锂离子电池合浆方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或多种。
8.如权利要求1-5任一所述的锂离子电池合浆方法，其特征在于，所述导电剂为乙炔黑、科琴黑、KS-6和Super P中的一种或多种。
9.如权利要求1-5任一所述的锂离子电池合浆方法，其特征在于，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮和去离子水中的一种或多种。
10.一种锂离子电池浆料，其特征在于，所述电池浆料由权利要求1-9任一所述的锂离子电池合浆方法制得。
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