CN106784633A - 锂离子电池负极浆料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明锂离子电池负极浆料的制备方法，其包括：a.选取定量的石墨、导电剂、CMC干粉及溶剂；b.向搅拌罐加入石墨、导电剂和30％～70％的CMC干粉；c.打开搅拌罐的自转和公转；d.加入20％～60％的溶剂，继续搅拌60～120min；e.加入剩余的CMC干粉，搅拌5～20min；f.加入剩余溶剂，搅拌5min；g.自转频率增大至25～45Hz，继续搅拌60～90min，打开真空阀门，搅拌罐接上循环冷却水；h.加入负极粘接剂，降低自转频率至15～25Hz；i.关闭自转，将公转频率调整8～15Hz，真空脱泡。本发明锂离子电池负极浆料的制备方法好处在于：1)生产周期短、成本低2)浆料质量稳定。

Description

锂离子电池负极浆料的制备方法

【技术领域】

本发明涉及新能源电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极浆料的制备方法。

【背景技术】

在锂离子电池的整个生产工艺中，锂电池电芯的浆料混合分散工艺对产品的品质影响度非常大，是整个生产工艺中最重要的环节。锂离子电池的负极浆料由石墨粉、导电剂、悬浮剂和粘合剂等组成。浆料的制备包括了液体与液体、液体与固体物料之间的相互混合、溶解、分散等一系列工艺过程，而且在这个过程中都伴随着温度、粘度、环境等变化。在配料搅拌中，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。各电芯生产厂商为了做出优良的产品，在配料搅拌上投入大量时间和成本，负极配料时间通常在8h以上。

目前制作锂离子电池时，采用CMC(羧甲基纤维素)的负极浆料的常规工艺为先将CMC溶于溶剂中配制成CMC溶液，配制时需要搅拌2-3小时，并搁置5-8小时，然后加入导电剂进行搅拌，再加入活性物质进行搅拌，最后加入水性胶搅拌均匀，粘度调节好后方可出料，CMC溶解过程花费时间长，且这种搅拌方式只是由分散浆对颗粒进行分散，需长时间分散才能将浆料分散好，生产周期长，工作效率低，能耗大，综合成本高。

鉴于此，实有必要提供一种新的锂离子电池负极浆料的制备方法以克服现有技术的不足。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种生产周期短、成本低、浆料质量稳定、锂离子电池内阻低、低温放电、倍率、循环性能良好的锂离子电池负极浆料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：制备所述锂离子电池负极浆料的步骤包括：

a.选取一定质量的石墨、导电剂、CMC干粉以及溶剂；

b.向真空搅拌罐加入全部石墨、导电剂和30％～70％的CMC干粉；

c.打开真空搅拌罐的自转和公转，自转频率为5～25Hz，公转频率为15～40Hz，搅拌时间20～60min；

d.加入20％～60％的溶剂，使浆料呈泥状，表面有光泽感，继续搅拌60～120min；

e.加入剩余的CMC干粉，搅拌5～20min；

f.加入剩余的溶剂，搅拌5min；

g.将自转频率增大至25～45Hz，继续搅拌60～90min，打开真空阀门，真空度≤-0.08MPa，真空搅拌罐接上循环冷却水；

h.加入负极粘接剂，降低自转频率至15～25Hz，搅拌30～60min；

i.关闭自转，将公转频率调整为8～15Hz，慢搅20min，真空脱泡。

作为本发明锂离子电池负极浆料的制备方法的一种改进，所述负极粘接剂为SBR、苯丙乳液、水性丙烯酸酯类中的一种或一种以上的混合物。

作为本发明锂离子电池负极浆料的制备方法的一种改进，所述溶剂为去离子水。

作为本发明锂离子电池负极浆料的制备方法的一种改进，步骤b中向真空搅拌罐加入56％的CMC干粉。

作为本发明锂离子电池负极浆料的制备方法的一种改进，步骤c中，自转频率为10Hz，公转频率为35Hz，搅拌时间20min。

作为本发明锂离子电池负极浆料的制备方法的一种改进，步骤d中加入43％的去离子水，自转和公转频率不变，继续搅拌60min。

作为本发明锂离子电池负极浆料的制备方法的一种改进，步骤e中，加入剩余44％的CMC干粉，自转和公转频率不变，继续搅拌20min。

作为本发明锂离子电池负极浆料的制备方法的一种改进，步骤f中，加入剩余57％的去离子水，搅拌5min。

作为本发明锂离子电池负极浆料的制备方法的一种改进，步骤g中，将自转和公转设置为35Hz，搅拌60min，接通冷却水，浆料温度控制在23～35℃，打开真空开关，真空度≤-0.08MPa。

作为本发明锂离子电池负极浆料的制备方法的一种改进，步骤h中，加入SBR，自转频率调整为25Hz，公转频率不变，搅拌30min，步骤i中，关闭自转，将公转频率调整12Hz慢搅20min。

与现有技术相比，本发明锂离子电池负极浆料的制备方法具有的好处在于：1)生产周期短、节省成本、提高生产效率；2)使各物料混合更加充分、浆料质量稳定、不易分层；3)锂离子电池内阻低、低温放电、倍率、循环性能良好。

【附图说明】

图1为依据本发明实施例制备的锂离子电池的负极浆料稳定性曲线图。

图2为依据本发明实施例制备的锂离子电池的负极浆料分散效果图。

图3为依据本发明实施例制备的锂离子电池内阻分布图。

图4为依据本发明实施例制备的锂离子电池在-20℃下的放电曲线图。

图5为依据本发明实施例制备的锂离子电池5C充电倍率曲线图。

图6为依据本发明实施例制备的锂离子电池循环曲线图。

【具体实施方式】

为了使发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

本发明锂离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：

a.选取一定质量的石墨、导电剂、CMC干粉以及溶剂，溶剂为去离子水，但也可以是其它种类的溶剂；

b.向真空搅拌罐加入全部石墨、导电剂和30％～70％的CMC干粉；

c.打开真空搅拌罐的自转和公转，自转频率为5～25Hz，公转频率为15～40Hz，搅拌时间20～60min；

d.加入20％～60％的溶剂，使浆料呈泥状，表面有光泽感，继续搅拌60～120min；

e.加入剩余的CMC干粉，搅拌5～20min；

f.加入剩余的溶剂，搅拌5min；

g.将自转频率增大至25～45Hz，继续搅拌60～90min，打开真空阀门，真空度≤-0.08MPa，真空搅拌罐接上循环冷却水。

h.加入负极粘接剂，负极粘接剂可为SBR(丁苯橡胶)、苯丙乳液、水性丙烯酸酯类中的一种或一种以上的混合物，但也可以为其它种类的粘结剂，降低自转频率至15～25Hz，搅拌30～60min。

i.关闭自转，将公转频率调整8～15Hz，慢搅20min，真空脱泡。

为了对本发明进一步说明，现列举实施例。

实施例

本实施例中，锂离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：

1.选取一定质量的石墨、导电剂、CMC干粉以及去离子水，质量比例在此不详细描述；

2.向真空搅拌罐加入100％石墨、导电剂和56％的CMC干粉；

3.打开自转和公转，自转频率为10Hz，公转频率为35Hz，搅拌时间20min；

4.加入43％的去离子水，自转和公转频率不变，继续搅拌60min；

5.加入剩余44％的CMC干粉，自转和公转频率不变，继续搅拌20min；

6.加入剩余57％的去离子水，搅拌5min；

7.将自转和公转设置为35Hz，搅拌60min，接通冷却水，浆料温度控制在23～35℃，打开真空开关，真空度≤-0.08MPa；

8.加入SBR(丁苯橡胶)，自转频率调整为25Hz，公转频率不变，搅拌30min；

9.关闭自转，将公转频率调整12Hz慢搅20min真空脱泡。

本实施例中，采用泥状捏合搅拌，真空搅拌罐中，利用麻花桨的挤压作用将大颗粒物质破碎。

本实施例锂离子电池负极浆料的制备时间共约3.5小时，相较常规工艺工时缩短了至少一半。

测试依据本实施例制备的锂离子电池负极浆料与常规工艺制备的负极浆料的综合电化学性能比对。常规工艺的采用的原料与本实施例的原料相同。

1.浆料稳定性

请参考表一所示，本实施例制备的浆料固含量高于常规工艺制备的浆料，但是粘度远小于常规工艺制备的浆料，并且颗粒也小于常规工艺的浆料。

表一浆料性能

组别

搅拌方式

粘度/mPa.s

固含量

D10/μm

D50/μm

D90/μm

150目过滤

48h沉降

A组

常规工艺

4210

44.4％

6.54

15.05

25.4

OK

无沉降

B组

实施例

2230

49.7％

6.2

14.38

20.57

OK

无沉降

请参考图1所示，依据本实施例制备的浆料静置24h后粘度由2230mPa.s增加到2370mPa.s，仅增加6％，静置48h后粘度增加到2490mPa.s，增加了11％，说明本实施例制备的浆料稳定性高。

2.浆料分散效果

请参考图2所示，浆料的分散效果良好。

测试依据本实施例制备的锂离子电池与常规工艺制备的锂离子电池的性能比对。

1.锂离子电池内阻分布

请参考图3所示，A组为常规工艺制备的锂离子电池的内阻，B组为依据本实施例制备的锂离子电池的内阻，显然，依据本实施例制备的锂离子电池的内阻小于依据常规工艺制备的锂离子电池的内阻。

2.锂离子电池在-20℃下的放电性能

请参考图4所示，曲线A为常规工艺制备的锂离子电池的放电曲线，曲线B为依据本实施例制备的锂离子电池的放电曲线，曲线B比曲线A平缓，且曲线B的中值电压高于曲线A的中值电压，由此可见，依据本实施例制备的锂离子电池在低温下的放电性能更加稳定。

3.锂离子电池的5C充电倍率性能

请参考图5所示，曲线A为常规工艺制备的锂离子电池的充电倍率曲线，曲线B为依据本实施例制备的锂离子电池的充电倍率曲线，显然，依据本实施例制备的锂离子电池的倍率性能更好。

4.锂离子电池的循环性能

请参考图6所示，曲线A为常规工艺制备的锂离子电池的循环曲线，曲线B为依据本实施例制备的锂离子电池的循环曲线，曲线B整体高于曲线A，在循环200次时，本实施例制备的锂离子电池的容量保持率接近94％，具有较好的循环性能。

本发明锂离子电池负极浆料的制备方法，在高固含量下采用泥状捏合搅拌，减少步骤，节省配置CMC溶液的时间，相比传统工艺搅拌时间缩短一半，因此可节省电力成本和提高生产效率，能够使各物料混合更加充分，并且CMC分两步加入，保证浆料的稳定，不易分层，工艺简单易行、生产周期短、分散效果好和综合成本低，利用本发明的负极浆料的制备方法制备得到的锂离子电池电芯内阻低、低温放电、倍率、循环性能良好。

本发明锂离子电池负极浆料的制备方法，并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：制备所述锂离子电池负极浆料的步骤包括：

a.选取一定质量的石墨、导电剂、CMC干粉以及溶剂；

b.向真空搅拌罐加入全部石墨、导电剂和30％～70％的CMC干粉；

c.打开真空搅拌罐的自转和公转，自转频率为5～25Hz，公转频率为15～40Hz，搅拌时间20～60min；

d.加入20％～60％的溶剂，使浆料呈泥状，表面有光泽感，继续搅拌60～120min；

e.加入剩余的CMC干粉，搅拌5～20min；

f.加入剩余的溶剂，搅拌5min；

g.将自转频率增大至25～45Hz，继续搅拌60～90min，打开真空阀门，真空度≤-0.08MPa，真空搅拌罐接上循环冷却水；

h.加入负极粘接剂，降低自转频率至15～25Hz，搅拌30～60min；

i.关闭自转，将公转频率调整为8～15Hz，慢搅20min，真空脱泡。

2.如权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：所述负极粘接剂为SBR、苯丙乳液、水性丙烯酸酯类中的一种或一种以上的混合物。

3.如权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：所述溶剂为去离子水。

4.如权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：步骤b中向真空搅拌罐加入56％的CMC干粉。

5.如权利要求4所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：步骤c中，自转频率为10Hz，公转频率为35Hz，搅拌时间20min。

6.如权利要求5所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：步骤d中加入43％的去离子水，自转和公转频率不变，继续搅拌60min。

7.如权利要求6所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：步骤e中，加入剩余44％的CMC干粉，自转和公转频率不变，继续搅拌20min。

8.如权利要求7所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：步骤f中，加入剩余57％的去离子水，搅拌5min。

9.如权利要求8所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：步骤g中，将自转和公转设置为35Hz，搅拌60min，接通冷却水，浆料温度控制在23～35℃，打开真空开关，真空度≤-0.08MPa。

10.如权利要求9所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：步骤h中，加入SBR，自转频率调整为25Hz，公转频率不变，搅拌30min，步骤i中，关闭自转，将公转频率调整12Hz慢搅20min。