CN107275569A - 一种高倍率锂离子电池负极片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高倍率锂离子电池负极片的制备方法，包括如下步骤：步骤一、CMC胶液配制；步骤二、对活性物质和导电剂进行预处理；步骤三、对步骤一得到的所述CMC胶液和对步骤二预处理后的活性物质与导电剂进行合浆，得到高倍率锂离子电池负极片。相对于现有技术本发明中的高倍率锂离子电池负极片的制备方法搅拌时间变短、搅拌更加均匀、减小了气泡的产生、且更有利于得到高倍率性能的负极片。

Description

一种高倍率锂离子电池负极片的制备方法

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池制备领域，尤其涉及一种高倍率锂离子电池负极片的制备方法。

【背景技术】

锂离子电池在移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等部分代替了传统电池。而高倍率型锂离子动力电池已在电动汽车中有所应用。因其能量密度高，循环寿命长，倍率性能佳，安全性能好，绿色环保等优异性能已成为人们研究的热点。优良合理的制程工艺设计对电池性能有直接影响。目前工业上锂离子电池负极极片的制备方式通常为：1、CMC(羧甲基纤维素钠)与去离子水混合，静止备用；2、将石墨粉(活性物质)与导电剂分别加入搅拌锅中混合搅拌；3、CMC胶液再加入搅拌锅搅拌；4、加入粘结剂(SBR乳液)搅拌，抽真空，调节粘度；5、过筛涂布；6、烘烤对辊；7、分条成不同型号电池极片。这种锂离子电池负极的制备方式存在以下缺点：1、活性物质粒径范围单一，虽提高了其加工性能，但限制了压实密度和倍率性能的提高；2、CMC粉末与去离子水混合不均，影响胶液的分散性能；3、合浆时间长，通常在8h以上；4、活性物质和导电剂分别加入导致混合不均，导电剂未能与活性物质表面完全接触，从而影响极片导电性能；5、制备的负极浆料易团聚，且易产生气泡，影响极片一致性。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于，针对现有锂离子电池负极的制备方式存在的缺陷提出一种高倍率锂离子电池负极片的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高倍率锂离子电池负极片的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、CMC胶液配制；

步骤二、对活性物质和导电剂进行预处理；

步骤三、对步骤一得到的所述CMC胶液和对步骤二预处理后的活性物质与导电剂进行合浆，得到高倍率锂离子电池负极片。

作为本发明所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法的一种改进，所述步骤一具体包括将CMC粉末和体积分数95％乙醇混合，按照1g：(1.2ml-2.3ml)混合，待CMC粉末分散开后，加入去离子水搅拌，公转20rpm-40rpm，自转400rpm-800rpm，搅拌2h得到后CMC胶液备用；CMC胶液固含量控制在1.2％-1.8％之间，CMC粉末的重量比控制在1％-2.5％之间。

作为本发明所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法的一种改进，所述步骤二具体包括将烘烤后的导电剂与活性物质一同装入球磨机内，球磨0.5h以上,转速150rpm，导电剂重量比为1.5％-3％之间。

作为本发明所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法的一种改进，所述活性物质是由65％-97％的中间相碳微球和3％-35％的石墨细粉配比而成，所述石墨细粉的粒径小于中间相炭微球的粒径。

作为本发明所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法的一种改进，所述球磨机采用干法球磨机。

作为本发明所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法的一种改进，步骤三具体包括：

A、将步骤一中55％-75％的CMC胶液和去离子水加入搅拌锅中，并加入步骤二中的活性物质与导电剂的混合料进行搅拌，公转20Hz-50Hz，自转1200rpm-1500rpm，搅拌3.5h，保证固含量控制在60％-70％之间，真空度小于等于-0.09Mpa；

B、将剩余45％-25％的CMC胶液和去离子水继续打入搅拌锅中，快拌2h，公转20Hz-50Hz，自转1200rpm-1500rpm，固含量控制在52％；

C、将重量比1％-3％的粘结剂SBR乳液加入搅拌锅中，搅拌1h，公转20Hz-50Hz，自转800rpm-1500rpm，保证粘结剂SBR固含量在47％-52％之间；

D、继续搅拌，抽真空，保证真空度小于等于-0.09Mpa，公转10Hz-30Hz，搅拌0.5h，粘度控制在600mpa.S-3000mpa.S之间，固含量控制在46％-55％之间；

E、按设计型号，进行涂布，对辊，分切成所需型号的锂离子电池负极极片。

作为本发明所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法的一种改进，所述搅拌锅为双行星搅拌锅。

本发明产生的有益效果是：相对于现有技术本发明中的高倍率锂离子电池负极片的制备方法搅拌时间变短、搅拌更加均匀、减小了气泡的产生、且更有利于得到高倍率性能的的负极片。

【附图说明】

图1是本发明工艺流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、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。

参考图1，本发明提供一种高倍率锂离子电池负极片的制备方法包括如下步骤：

步骤一、CMC胶液的配制；

具体的，将CMC粉末和体积分数95％乙醇混合，CMC粉末与95％乙醇的比例为1g：(1.2ml-2.3ml)，待CMC粉末分散开后，快速加入去离子水搅拌，公转20rpm-40rpm，自转400rpm-800rpm，搅拌2h得到后CMC胶液备用。其中，CMC胶液固含量控制在1.2％-1.8％之间；其中CMC粉末的重量比控制在1％-2.5％之间。

步骤二、对活性物质和导电剂进行预处理；

将烘烤后的导电剂与活性物质一同装入球磨机内，球磨0.5h以上,转速150rpm。其中，导电剂重量比为1.5％-3％之间。

所述活性物质是由65％-97％的中间相碳微球和3％-35％的石墨细粉配比而成，其中所述石墨细粉的粒径必须小于中间相炭微球的粒径。

优选的，所述球磨机采用干法球磨机。

步骤三、对所述CMC胶液、活性物质和导电剂进行合浆；

具体包括：

A、将步骤一中55％-75％的CMC胶液和去离子水加入搅拌锅中，并加入步骤二中的活性物质与导电剂的混合料进行搅拌，公转20Hz-50Hz，自转1200rpm-1500rpm，搅拌3.5h，保证固含量控制在60％-70％之间。此步骤需要保证真空度小于等于-0.09Mpa；优选的，所述搅拌锅为双行星搅拌锅；

B、将剩余45％-25％的CMC胶液和去离子水继续打入搅拌锅中，快拌2h，公转20Hz-50Hz，自转1200rpm-1500rpm，固含量控制在52％；

C、将重量比1％-3％的粘结剂SBR乳液加入搅拌锅中，搅拌1h，公转20Hz-50Hz，自转800rpm-1500rpm，保证粘结剂SBR固含量在47％-52％之间；

D、继续搅拌，抽真空，保证真空度小于等于-0.09Mpa，公转10Hz-30Hz，搅拌0.5h，粘度控制在600mpa.S-3000mpa.S之间，固含量控制在46％-55％之间；

E、按设计型号，进行涂布，对辊，分切成所需型号的锂离子电池负极极片。

本发明中高倍率锂离子电池负极片的制备方法的好处有以下几点：

1.在CMC溶液的配置时，加入乙醇中，CMC粉末不溶于有机醇类，待CMC粉末分散开来，迅速加入去离子水。有助于CMC的溶解过程，减短搅拌过程，同时乙醇在CMC溶液配制中具有消泡作用。

2.将烘烤后的活性物质与导电剂一同装入干法球磨机内球磨。可以解决粉体搅拌不均匀、搅拌后刮壁难等弊端，对于来料有大颗粒的原材料有研磨作用，研磨粒径范围、混合强度可根据研磨介子冲击力度、转速决定。

3、石墨配比中，选择倍率性能非常好的中间相碳微球作主料，中间相碳微球的形貌比较规整，细粉易填充在中间相碳微球的间隙中,增加极片压实性能。细粉能减少锂离子的传输通道，更有利于倍率性能的提高。所述细粉来源于石墨在分级过程中的尾料。所述尾料因加工性能差难以单独做石墨负极，通常作为炼钢增碳剂使用，但其内部结构依旧规整。当其与中间相炭微球搭配，库仑效率可以互补。

4.在55％-75％CMC胶液中加入活性物质和导电剂的混合物搅拌，稠搅对干粉与CMC溶液的混合具有的机械力，分散效果较佳。先加CMC胶液也能有效避免干粉沾底的弊端。

下面使用实施例1和现有技术的对比例来具体说明：

实施例1：

1、将重量比为1.5％的CMC粉末和体积分数95％乙醇按1g：1.5ml的比例加入打胶搅拌锅中，加去离子水，公转35Hz，自转800rpm，搅拌2h；其中CMC胶液固含量控制在1.6％；

2、将70％的中等粒径(D50：120μm)的中间相炭微球与50％的石墨细粉(D50:6μm)混合过筛后的活性物质加入到球磨机内，再将2％的导电剂加入球磨机内混合，球磨0.5小时以上，转速150转/min。

3、将CMC胶液的65％打入双行星搅拌锅内，将混合后的导电剂和石墨细粉加入双行星搅拌锅中，公转40Hz，自转1400rpm，真空度≤-0.09Mpa，搅拌3.5h；

4、将剩余35％CMC胶液和去离子水加入双行星搅拌锅中，公转40Hz，自转1400转/min，真空度≤-0.09Mpa，此处固含量控制在52％，搅拌2h；

5、将重量比为2％，固含量为49％的SBR乳液加入搅拌锅中，公转40Hz，自转1300转/min，搅拌1h；

6、继续搅拌，抽真空压力≤-0.09Mpa，公转15HZ，搅拌0.5h固含量控制为50.3％，粘度控制为1200mpa.S；

7、涂布，烘烤，对辊，分条成32650-5500mAh-3.2V型号负极极片。

对比例：

1、将CMC粉末与去离子水混合搅拌4Hz,公转35Hz，自转800rpm；

2、将石墨粉与导电剂加入搅拌锅中搅拌1h，混合均匀，公转40Hz，自转1400rpm；

3、将CMC溶液加入搅拌锅中，搅拌5.5h，公转40Hz，自转1400转/min；

4、将SBR乳液加入搅拌锅，搅拌1h，公转35Hz，自转1200rpm，抽真空，公转15Hz，慢速搅拌；

5、涂布，烘烤，对辊，分条成32650-5500mAh-3.2V型号负极极片。

分别上找上面实施例1和对比例中的防范制备32650-5500mAh-3.2V型号负极极片的参数如表一：

32650-5500-3.2V磷酸铁锂电池对比

表一

从表一中可以清楚的看到利用本发明的高倍率锂离子电池负极片的制备方法制作出来的电池的压实性能、额定容量比值和充电容量比值均高于现有技术中制备出来的锂电池。

本发明一种高倍率锂离子电池负极片的制备方法，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 (7)

1.一种高倍率锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、CMC胶液配制；

步骤二、对活性物质和导电剂进行预处理；

步骤三、对步骤一得到的所述CMC胶液和对步骤二预处理后的活性物质与导电剂进行合浆，得到高倍率锂离子电池负极片。

2.根据权利要求1所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述步骤一具体包括将CMC粉末和体积分数95％乙醇混合，按照1g：(1.2ml-2.3ml)混合，待CMC粉末分散开后，加入去离子水搅拌，公转20rpm-40rpm，自转400rpm-800rpm，搅拌2h得到后CMC胶液备用；CMC胶液固含量控制在1.2％-1.8％之间，CMC粉末的重量比控制在1％-2.5％之间。

3.根据权利要求2所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述步骤二具体包括将烘烤后的导电剂与活性物质一同装入球磨机内，球磨0.5h以上,转速150rpm，导电剂重量比为1.5％-3％之间。

4.根据权利要求3所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述活性物质是由65％-97％的中间相碳微球和3％-35％的石墨细粉配比而成，所述石墨细粉的粒径小于中间相炭微球的粒径。

5.根据权利要求4所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述球磨机采用干法球磨机。

6.根据权利要求5所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，步骤三具体包括：

A、将步骤一中55％-75％的CMC胶液和去离子水加入搅拌锅中，并加入步骤二中的活性物质与导电剂的混合料进行搅拌，公转20Hz-50Hz，自转1200rpm-1500rpm，搅拌3.5h，保证固含量控制在60％-70％之间，真空度小于等于-0.09Mpa；

B、将剩余45％-25％的CMC胶液和去离子水继续打入搅拌锅中，快拌2h，公转20Hz-50Hz，自转1200rpm-1500rpm，固含量控制在52％；

C、将重量比1％-3％的粘结剂SBR乳液加入搅拌锅中，搅拌1h，公转20Hz-50Hz，自转800rpm-1500rpm，保证粘结剂SBR固含量在47％-52％之间；

D、继续搅拌，抽真空，保证真空度小于等于-0.09Mpa，公转10Hz-30Hz，搅拌0.5h，粘度控制在600mpa.S-3000mpa.S之间，固含量控制在46％-55％之间；

E、按设计型号，进行涂布，对辊，分切成所需型号的锂离子电池负极极片。

7.根据权利要求6所述的高倍率锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述搅拌锅为双行星搅拌锅。