CN107492628A - 一种锂离子电池负极匀浆搅拌工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池负极浆料的制备方法，至少包括以下步骤：提供锂离子电池负极的原料组分，采用搅拌机对所述原料组分进行预分散处理，得到预分散浆料；采用高速分散处理设备以≥2500rpm的速度对所述预分散浆料进行高速分散处理，得到负极浆料。

Description

一种锂离子电池负极匀浆搅拌工艺

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极匀浆搅拌工艺。

背景技术

动力锂离子电池作为电动汽车的心脏，其发展对电动汽车的性能起着关键作用。近年来，我国新能源汽车产业发展快速，但动力锂离子电池的成本与循环寿命，成为制约新能源产能推广与普及的瓶颈。

锂离子电池的制作工艺通常包括制浆、涂膜、装配、化成四个步骤。作为制备源头的制浆工艺，匀浆搅拌工艺的好坏对后续涂膜以及最终成品电池的性能起着决定性的作用。目前，负极匀浆搅拌工艺大多采用干法匀浆或湿法匀浆，但无论哪种方法，仅通过单一搅拌设备对依次添加的各原料进行搅拌以完成配料。一方面，过程中配料时间较长，均大于4h，且设备利用率低，导致人工与设备成本较高；另一方面，目前的干法匀浆或湿法匀浆得到的负极材料，导电剂的分散均匀性仍然有待提高，影响循环使用寿命。因此，如何对现有匀浆工艺进行变革，从而降低锂离子电池成本，提高电池循环寿命，是业内迫切解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极匀浆搅拌工艺，旨在解决现有方法制备的锂离子电池负极成本高、且电池循环寿命低的问题。

本发明是这样实现的，一种锂离子电池负极浆料的制备方法，至少包括以下步骤：

步骤1、提供锂离子电池负极的原料组分；

步骤2、采用搅拌机对所述原料组分进行预分散处理，得到预分散浆料；

步骤3、采用高速分散处理设备以≥2500rpm的速度对所述预分散浆料进行高速分散处理，得到负极浆料。

本发明提供锂离子电池负极浆料的制备方法，先经过搅拌机预分散，然后经过高速分散设备进行高速分散。一方面，经过上述两个步骤完成配料，可以大幅缩短匀浆配料完成时间，提高设备利用率，从而提高生产效率，降低成本。具体的，搅拌机预分散时间可低至1.7h，有效缩短了匀浆配料工艺时长；将由此获得的预分散浆料进行高速分散处理，大大提高设备利用率。另一方面，采用本发明方法制备得到的锂离子电池负极浆料，导电剂能稳定、均匀地分散于负极颗粒表面，形成均匀良好的导电网络。由此得到的负极颗粒，在长期的锂离子嵌入-脱出循环过程中，不容易坍塌，从而提高锂离子电池的循环寿命。

上述步骤1中，本发明以石墨粉、导电剂、CMC(羧甲基纤维素钠)、SBR(丁苯橡胶)和水组成的原料组分为基础进行的工艺调整，得到能够降低生产成本、提高电池循环寿命的锂离子电池负极浆料。

优选的，所述锂离子电池负极的原料组分，包括如下重量份数的原料组分：

在上述基础上的锂离子电池负极的原料组分，可以通过本发明方法获得较好的降低成本和提高电池循环寿命的效果。具体的，上述锂离子电池负极的原料组分，通过本发明方法制备浆料，可以将匀浆周期由原来的4小时以上，降低到2.7小时以下；且将得到的浆料得到的负极制备成电池后，在玄幻1000次后的容量保持率仍然在95％以上。

具体优选的，所述锂离子电池负极的原料组分，包括如下重量份数的原料组分：

上述配体的锂离子电池负极的原料组分，可以通过本发明提供的锂离子电池负极浆料的制备方法，最大程度降低成本和提高电池循环寿命。

上述步骤2中，采用搅拌机对所述原料组分进行预分散处理，使得各原料组分处于合适的分散状态，进而通过下述步骤3的高速分散实行稳定、均匀分散。

优选的，所述原料组分包括石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水；步骤2所述预分散处理的方法为：将所述石墨粉和所述导电剂干混制备粉料，将所述CMC和所述水混合制备CMC胶液，将所述CMC胶液分成三份；将第一份所述CMC胶液加入所述粉料中，搅拌混合得到第一混合料；将第二份所述CMC胶液加入所述第一混合料中，搅拌混合得到第二混合料；在所述第二混合料中加入所述SBR，搅拌混合得到第三混合料；在所述第三混合料中加入第三份所述CMC胶液，搅拌混合得到预分散浆料。优选的预分散处理，按照特定的顺序和添加量进行预分散处理，使得各组分处于良好的分散状态，进一步在高速分散条件下，得到具有优异分散性的锂离子电池负极浆料。

进一步优选的，采用搅拌机对所述原料组分进行预分散处理，其中，所述预分散处理的方法如下：

步骤21、将所述石墨粉和所述导电剂干混制备粉料，将所述CMC和所述水混合制备CMC胶液；

步骤22、将质量百分含量8％-12％的所述CMC胶液加入所述粉料中，经过第一搅拌处理将所述粉料润湿，得到第一混合料；

步骤23、将质量百分含量40％-55％的所述CMC胶液加入所述第一混合料中，经过第二搅拌处理将所述第一混合料炼泥，得到第二混合料；

步骤24、在所述第二混合料中加入所述SBR，进行第三搅拌处理，得到第三混合料；

步骤25、在所述第三混合料中加入剩余的所述CMC胶液，进行第四搅拌处理，得到预分散浆料。

上述优选的预分散处理，可以很大幅度地缩短配料时间，提高效率，并在此基础上使得各组分具有优异的分散状态。

具体的，上述步骤21中，先将所述石墨粉和所述导电剂干混制备粉料，将所述CMC和所述水混合制备CMC胶液。所述粉料和所述CMC胶液没有严格的先后顺序，可以先配置所述粉料，也可以先配置所述CMC胶液，还可以两者同时配置。

优选的，所述粉料的制备方法为：将所述石墨粉与所述导电剂投入干混罐中，在公转速度为5rpm、自转速度为95-105rpm的条件下搅拌处理。在上述优选条件下制备获得的粉料，所述石墨粉与所述导电剂相对分散更均匀，有利于在后续添加CMC胶液时，避免石墨粉与石墨粉之间、导电剂与导电剂之间的团聚。具体优选的，所述粉料的制备方法为：将所述石墨粉与所述导电剂投入干混罐中，在公转速度为5rpm、自转速度为100rpm的条件下搅拌15min。

优选的，所述CMC胶液的制备方法如下：述CMC胶液的制备方法如下：将所述CMC和所述水混合后，先在980-1028rpm的转速下搅拌；然后在844-884pm的条件下搅拌处理。在上述优选条件下制备获得的所述CMC胶液，可以将粘性较好的CMC均匀分散在水中，形成均匀胶液，有助于在后述分步递交的过程中，更好地实现润湿粉料、将粉料炼泥、以及稳定分散的作用。具体优选的，所述CMC胶液的制备方法如下：将所述CMC和所述水混合后，先在1008rpm的转速下搅拌90min；然后在864rpm的条件下搅拌30min。

上述步骤21中，将质量百分含量8％-12％的所述CMC胶液加入所述粉料中，通过搅拌充分浸润所述粉料，有效防止后续添加CMC胶液时出现的粉体团聚，提高后续搅拌效果。本发明中，所述CMC胶液的添加量不过过高或过低，过低无法充分浸润所述粉体，过高则会降低固含量，不利于提高后续搅拌效果。具体优选的，将质量百分含量8％的所述CMC胶液加入所述粉料中，浸润所述粉料。

优选的，所述第一搅拌处理的方法为：在公转速度为9-11rpm、自转速度为790-810rpm的条件下搅拌处理。优选的所述第一搅拌处理，可以在保证充分浸润的条件下，提高第一混合料的剪切力，使后续搅拌效果更好。具体优选的，所述第一搅拌处理的方法为：在公转速度为10rpm、自转速度为800rpm的条件下搅拌10min。

上述步骤23中，将质量百分含量40-55％的所述CMC胶液加入所述第一混合料中，通过搅拌处理实现二次分散，得到均匀分散、粘度合适的泥料，且所述导电剂经过该过程能较均匀地分散在石墨粉表面，有利于两者的结合。本发明中，所述CMC胶液的添加量不过过高或过低，若所述CMC胶液的添加量过低，则得到的第二混合料粘度较高，不利于后续SBR的充分分散；若所述CMC胶液的添加量过高，也不利于所述导电剂与所述石墨粉的结合。具体优选的，将质量百分含量42％的所述CMC胶液加入所述述第一混合料中。

优选的，所述第二搅拌处理的方法为：在公转速度为25-35rpm、自转速度为1180-1220rpm的条件下搅拌处理。优选的所述第二搅拌处理，可以将所导电剂更好地稳定分散在石墨粉表面，便于形成良好均匀的导电网络。具体优选的，所述第二搅拌处理的方法为：在公转速度为30rpm、自转速度为1200rpm的条件下搅拌20min。

上述步骤24中，由于所述SBR为高分子物质，若过早添加，则在长时间的搅拌作用下，长链分子被打断，结构破坏不能有效发挥其性能。有鉴于此，本发明在所述第二混合料中加入所述SBR进行搅拌处理，此时添加所述SBR，不仅能够保证在后续搅拌过程中链段不被破坏，而且在导电剂和石墨粉已经分散足够均匀、粘度合适的条件下，有利于所述SER的充分分散。

优选的，所述第三搅拌处理的方法为：在公转速度为25-35rpm、自转速度为1280-1320rpm的条件下搅拌处理。优选的搅拌方法，可以在保证所述SER结构不被破坏的条件下，充分将所述SER分散到均匀的炼泥体系中。具体优选的，所述第三搅拌处理的方法为：在公转速度为30rpm、自转速度为1300rpm的条件下搅拌30min。

上述步骤25中，在所述第三混合料中加入剩余的所述CMC胶液，经过搅拌处理，使得均匀分散的各物质温和稀释，得到均匀且固含量合适的浆料。

优选的，所述第四搅拌处理的方法为：在公转速度为35-45rpm、自转速度为1080-1120rpm的条件下搅拌处理。优选的条件，可以获得均匀分散的预分散浆料。

最优选的，预分散过程中，将质量百分含量8％的所述CMC胶液加入所述粉料中进行第一搅拌处理，将质量百分含量42％的所述CMC胶液所述第一混合料中进行第二搅拌处理，将质量百分含量50％的所述CMC胶液所述第三混合料中进行第四搅拌处理。合适的添加步骤和含量，有利于得到分散性能最佳的浆料体系。

上述步骤3中，将所述预分散浆料加入分散设备中进行高速分散，得到负极浆料，其中，所述高速分散的条件为：3-5L/min的流量下，转速为2500-3500rpm。优选的高速分散处理条件，可以大幅缩短匀浆配料完成时间，提高设备利用率，从而提高生产效率，降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例制备得到的锂离子电池负极浆料的SEM图；

图2是本发明实施例制备得到的锂离子电池负极浆料的循环次数-容量保持率图。

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。

实施例1

一种锂离子电池负极浆料的制备方法，包括以下步骤：

称取锂离子电池负极的原料组分，所述原料组分包括石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水，且所述石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水的质量比为100：2.5：1：3：85；

将所述石墨粉与所述导电剂投入干混罐中，在公转速度为5rpm、自转速度为100rpm的条件下搅拌15min，制备粉料；将所述CMC和所述水混合后，先在1008rpm的转速下搅拌90min，然后在864rpm的条件下搅拌30min，制备CMC胶液；

将所述粉料置于搅拌机中，将质量百分含量8％的所述CMC胶液加入所述粉料中，在公转速度为10rpm、自转速度为800rpm的条件下搅拌10min，将所述粉料润湿，得到第一混合料；

将质量百分含量42％的所述CMC胶液加入所述第一混合料中，在公转速度为30rpm、自转速度为1200rpm的条件下搅拌20min，将所述第一混合料炼泥，得到第二混合料；

在所述第二混合料中加入所述SBR，在公转速度为30rpm、自转速度为1300rpm的条件下搅拌30min，得到第三混合料；

在所述第三混合料中加入剩余的所述CMC胶液，在公转速度为40rpm、自转速度为1100rpm的条件下搅拌25min，得到预分散浆料；

将所述预分散浆料加入分散设备中进行高速分散，得到负极浆料，其中，所述高速分散的条件为：在5L/min的流量下，转速为3500rpm。

实施例2

一种锂离子电池负极浆料的制备方法，包括以下步骤：

称取锂离子电池负极的原料组分，所述原料组分包括石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水，且所述石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水的质量比为100：2.5：1.5：3.5：90；

将所述石墨粉与所述导电剂投入干混罐中，在公转速度为5rpm、自转速度为103rpm的条件下搅拌13min，制备粉料；将所述CMC和所述水混合后，先在1000rpm的转速下搅拌95min，然后在850rpm的条件下搅拌30min，制备CMC胶液；

将所述粉料置于搅拌机中，将质量百分含量9％的所述CMC胶液加入所述粉料中，在公转速度为9.5rpm、自转速度为805rpm的条件下搅拌10min，将所述粉料润湿，得到第一混合料；

将质量百分含量48％的所述CMC胶液加入所述第一混合料中，在公转速度为28rpm、自转速度为1220rpm的条件下搅拌18min，将所述第一混合料炼泥，得到第二混合料；

在所述第二混合料中加入所述SBR，在公转速度为28rpm、自转速度为1280rpm的条件下搅拌35min，得到第三混合料；

在所述第三混合料中加入剩余的所述CMC胶液，在公转速度为38rpm、自转速度为1120rpm的条件下搅拌22min，得到预分散浆料；

将所述预分散浆料加入分散设备中进行高速分散，得到负极浆料，其中，所述高速分散的条件为：在3L/min的流量下，转速为3500rpm。

实施例3

一种锂离子电池负极浆料的制备方法，包括以下步骤：

称取锂离子电池负极的原料组分，所述原料组分包括石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水，且所述石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水的质量比为100：2：1：3.2：90；

将所述石墨粉与所述导电剂投入干混罐中，在公转速度为5rpm、自转速度为102rpm的条件下搅拌14min，制备粉料；将所述CMC和所述水混合后，先在1018rpm的转速下搅拌88min，然后在880rpm的条件下搅拌28min，制备CMC胶液；

将所述粉料置于搅拌机中，将质量百分含量10％的所述CMC胶液加入所述粉料中，在公转速度为10.5rpm、自转速度为798rpm的条件下搅拌11min，将所述粉料润湿，得到第一混合料；

将质量百分含量50％的所述CMC胶液加入所述第一混合料中，在公转速度为32rpm、自转速度为1210rpm的条件下搅拌20min，将所述第一混合料炼泥，得到第二混合料；

在所述第二混合料中加入所述SBR，在公转速度为32rpm、自转速度为1320rpm的条件下搅拌28min，得到第三混合料；

在所述第三混合料中加入剩余的所述CMC胶液，在公转速度为42rpm、自转速度为1080rpm的条件下搅拌26min，得到预分散浆料；

将所述预分散浆料加入分散设备中进行高速分散，得到负极浆料，其中，所述高速分散的条件为：在4L/min的流量下，转速为3000rpm。

实施例4

一种锂离子电池负极浆料的制备方法，包括以下步骤：

称取锂离子电池负极的原料组分，所述原料组分包括石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水，且所述石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水的质量比为100：2：1.6：3.5：92；

将所述石墨粉与所述导电剂投入干混罐中，在公转速度为5rpm、自转速度为97rpm的条件下搅拌18min，制备粉料；将所述CMC和所述水混合后，先在998rpm的转速下搅拌92min，然后在875rpm的条件下搅拌32min，制备CMC胶液；

将所述粉料置于搅拌机中，将质量百分含量10.5％的所述CMC胶液加入所述粉料中，在公转速度为10.5rpm、自转速度为802rpm的条件下搅拌10min，将所述粉料润湿，得到第一混合料；

将质量百分含量52％的所述CMC胶液加入所述第一混合料中，在公转速度为35rpm、自转速度为1180rpm的条件下搅拌22min，将所述第一混合料炼泥，得到第二混合料；

在所述第二混合料中加入所述SBR，在公转速度为35rpm、自转速度为1310rpm的条件下搅拌30min，得到第三混合料；

在所述第三混合料中加入剩余的所述CMC胶液，在公转速度为43rpm、自转速度为1110rpm的条件下搅拌23min，得到预分散浆料；

将所述预分散浆料加入分散设备中进行高速分散，得到负极浆料，其中，所述高速分散的条件为：在5L/min的流量下，转速为2500rpm。

实施例5

一种锂离子电池负极浆料的制备方法，包括以下步骤：

称取锂离子电池负极的原料组分，所述原料组分包括石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水，且所述石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水的质量比为100：2.5：1.5：3.5：90；

将所述石墨粉与所述导电剂投入干混罐中，在公转速度为5rpm、自转速度为100rpm的条件下搅拌15min，制备粉料；将所述CMC和所述水混合后，先在1002rpm的转速下搅拌91min，然后在868rpm的条件下搅拌30min，制备CMC胶液；

将所述粉料置于搅拌机中，将质量百分含量11％的所述CMC胶液加入所述粉料中，在公转速度为9.8rpm、自转速度为800rpm的条件下搅拌10min，将所述粉料润湿，得到第一混合料；

将质量百分含量48％的所述CMC胶液加入所述第一混合料中，在公转速度为26rpm、自转速度为1200rpm的条件下搅拌25min，将所述第一混合料炼泥，得到第二混合料；

在所述第二混合料中加入所述SBR，在公转速度为30rpm、自转速度为1290rpm的条件下搅拌30min，得到第三混合料；

在所述第三混合料中加入剩余的所述CMC胶液，在公转速度为41rpm、自转速度为1100rpm的条件下搅拌25min，得到预分散浆料；

将所述预分散浆料加入分散设备中进行高速分散，得到负极浆料，其中，所述高速分散的条件为：在5L/min的流量下，转速为2800rpm。

采用本发明实施例所述方法制备锂离子电池负极浆料，匀浆周期由原来的4小时以上，降至2.5小时，而搅拌机24h的配料次数，也有原来的5次以下，上升到9次。可见，采用本发明实施例方法制备锂离子电池负极浆料，可以大幅缩短匀浆配料时间，提高设备利用率，提高生产效率。

采用本发明实施例所述方法制备得到的锂离子电池负极浆料，导电剂能很好的分散于负极颗粒表面，形成良好均匀的导电网络。即便在长期的循环(锂离子嵌入-脱出)过程中，负极颗粒不会因为过多地集中于一点，而导致材料过早的坍塌，从而有助于循环寿命的提高。采用本发明实施例1所述方法制备得到的锂离子电池负极浆料制备成锂离子电池，经过1000次循环后的锂离子电池容量保持率高于95％。

其中，通过本发明实施例1所述方法制备得到的锂离子电池负极浆料的SEM图如图1所示，由图1可以明显看到，导电剂小颗粒均匀的分散在负极材料石墨表面，可见，采用本发明方法制备得到的锂离子电池负极浆料具有优异的分散效果。将本发明实施例制备得到的锂离子电池负极浆料与正极NCM材料制备成车用(BEV)及3C产业(电脑、通讯和消费性电子)用电池，将得到的锂离子电池在25℃条件下进行容量保持率测试，测试结果如图2所示。图2显示，在经过1000次循环后，锂离子电池的容量保持率仍然高于95％。

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)

1.一种锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

步骤1、提供锂离子电池负极的原料组分；

步骤2、采用搅拌机对所述原料组分进行预分散处理，得到预分散浆料；

步骤3、采用高速分散处理设备以≥2500rpm的速度对所述预分散浆料进行高速分散处理，得到负极浆料。

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，所述原料组分包括石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水；所述预分散处理的方法为：将所述石墨粉和所述导电剂干混制备粉料，将所述CMC和所述水混合制备CMC胶液，将所述CMC胶液分成三份；将第一份所述CMC胶液加入所述粉料中，搅拌混合得到第一混合料；将第二份所述CMC胶液加入所述第一混合料中，搅拌混合得到第二混合料；在所述第二混合料中加入所述SBR，搅拌混合得到第三混合料；在所述第三混合料中加入第三份所述CMC胶液，搅拌混合得到预分散浆料。

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，所述高速分散处理的条件为：在3-5L/min的流量下，转速为2500-3500rpm。

4.如权利要求1-3任一项所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

步骤1、称取锂离子电池负极的原料组分，所述原料组分包括石墨粉、导电剂、CMC、SBR和水；

步骤2、采用搅拌机对所述原料组分进行预分散处理，其中，所述预分散处理的方法如下：

步骤21、将所述石墨粉和所述导电剂干混制备粉料，将所述CMC和所述水混合制备CMC胶液；

步骤22、将质量百分含量8％-12％的所述CMC胶液加入所述粉料中，经过第一搅拌处理将所述粉料润湿，得到第一混合料；

步骤23、将质量百分含量40％-55％的所述CMC胶液加入所述第一混合料中，经过第二搅拌处理将所述第一混合料炼泥，得到第二混合料；

步骤24、在所述第二混合料中加入所述SBR，进行第三搅拌处理，得到第三混合料；

步骤25、在所述第三混合料中加入剩余的所述CMC胶液，进行第四搅拌处理，得到预分散浆料；

步骤3、将所述预分散浆料加入分散设备中进行高速分散，得到负极浆料，其中，所述高速分散的条件为：在3-5L/min的流量下，转速为2500-3500rpm。

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，所述CMC胶液的制备方法如下：将所述CMC和所述水混合后，先在980-1028rpm的转速下搅拌；然后在844-884pm的条件下搅拌处理。

6.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，所述第一搅拌处理的方法为：在公转速度为9-11rpm、自转速度为790-810rpm的条件下搅拌处理。

7.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，所述第二搅拌处理的方法为：在公转速度为25-35rpm、自转速度为1180-1220rpm的条件下搅拌处理。

8.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，所述第三搅拌处理的方法为：在公转速度为25-35rpm、自转速度为1280-1320rpm的条件下搅拌处理。

9.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，所述第四搅拌处理的方法为：在公转速度为35-45rpm、自转速度为1080-1120rpm的条件下搅拌处理。

10.如权利要求1-3任一项所述的锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于，所述锂离子电池负极的原料组分，包括如下重量份数的原料组分：