CN109713308B - 一种含cnt的水性锂电池浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含CNT的水性锂电池浆料，其特征在于包括如下质量份的组分：水性粘结剂15～35份；正极或负极活性物质5～15份；导电剂5～15份；水性CNT 5～15份；去离子水20～40份；且上述水性碳纳米管CNT的管径为10～54nm。本发明还公开了上述水性锂电池浆料的制备方法。本发明通过高粘度搅拌完后，再加入CNT分散液进行搅拌，能将CNT均匀地分散至浆料体系中，防止CNT分散液与其他导电剂或主材发生二次团聚，较好地解决了CNT的分散问题和浆料稳定性；同时由于本发明制备的浆料分散均匀，进而能提高浆料的过筛效率，减少过筛时间，提高生产效率，降低生产成本；且本发明的锂电池浆料配料简单，制备方法简易。
Description
技术领域
本发明属于锂电池制备技术领域，具体涉及一种含CNT的水性锂电池浆料及其制备方法。
背景技术
随着新能源行业的发展，锂电池性能的不断改进，其制备工艺越来越完善，且各种主材、辅材的要求也不断提高，其中就包括导电剂，导电剂种类繁多，包括导电碳黑Super-P、石墨导电剂KS-6、碳纤维VGCF、碳纳米管CNT、石墨烯等。不同的导电剂对于电池性能的提升有所差异，这其中以CNT效果最佳。碳纳米管CNT，又名巴基管，是一种管状碳分子，属于纳米级导电剂，重量轻，六边形结构连接完美，使得CNT在电学性能上有突出的表现，在倍率性能、能量密度、循环性能等方面的提升较高，是目前性能最佳的导电剂。
但CNT作为纳米级导电剂在锂电池加工过程中往往会存在分散性较差、容易发生团聚的问题。为克服此缺陷，申请公布号为CN105552367A的发明专利申请《一种含CNT的锂离子电池水性正极浆料及其制备方法》公开了一种正极浆料的制备方法，包括将纳米管分散液、导电剂和部分去离子水一起加入双行星搅拌机中进行搅拌20～40min，然后加入磷酸铁锂并搅拌，再加入水性粘结剂并于双行星搅拌机中分散一段时间，最后加入余下的去离子水分散，得到物料粘度为4000～8000mPa·s的正极浆料。该申请采用双行星搅拌机对物料进行分批次搅拌混合，实现搅拌时间短、混合均匀的效果。
又如授权公告号为CN103579579B的发明专利《一种锂离子电池水性正极浆料及其制备方法》公开了一种锂离子电池水性正极浆料的制备方法，主要包括以下步骤：(1)预混液制备，将部分去离子水与水性粘结剂加入行星式浆料搅拌机中低速搅拌得到预混液；(2)导电胶液制备，预混液中加入碳纳米管和导电剂，高速搅拌得到导电胶；(3)一次分散；(4)二次分散；(5)脱泡静置。该制备方法工艺步骤简单，可行性强，适合大规模工业化生产，且制得的锂离子电池容量与循环性能佳，导电剂、正极活性物质等固体物质得到较好地分散。
上述公开的现有技术中，CNT作为导电剂均得到了一定程度的分散，且能较好地提高电池的导电性。但是CNT作为纳米级材料，本来在分散体系中均匀分散，但将CNT与其他分散体系混合后，破坏了其原先的平衡，使得CNT会和主材、其他导电剂等发生团聚，二次颗粒不达标，还是会影响整体的加工性能。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种分散均匀、稳定性好的含CNT的水性锂电池浆料。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述含CNT的水性锂电池浆料的制备方法，以使CNT均匀地分散至浆料体系中提高浆料整体的稳定性。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种含CNT的水性锂电池浆料，其特征在于包括如下质量份的组分：
作为改进，当所述活性物质为正极活性物质时，所述水性粘结剂为聚丙烯酸酯；当所述活性物质为负极活性物质时，所述水性粘结剂为聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠体系的结合或丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠体系的结合。
改进，所述导电剂包括Super-P导电剂、KS-6导电剂中的一种或两种的复合导电剂。
改进，所述正极活性物质为LiFePO4、LMO、LNCM、LCO中的至少一种；所述负极活性物质为石墨。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种如上所述的含CNT的水性锂电池浆料的制备方法，其特征在于：当所述活性物质为正极活性物质时，包括如下步骤：
①将水性粘结剂与去离子水的70～85％在真空度≤-0.07mpa的环境下搅拌20～30min；
②加入导电剂并低速搅拌，待导电剂充分润湿后，在公转速度为70～90r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～120min；
③加入正极活性物质、去离子水的10～20％，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌120～180min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～90min；
⑤加入去离子水的0～10％以调节粘度至3000～8000mpa·s，即得到成品浆料。
或
当所述活性物质为负极活性物质，所述水性粘结剂为聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠体系的结合时，包括如下步骤：
①将水性粘结剂与去离子水的70～85％在真空度≤-0.07mpa的环境下搅拌20～30min；
②加入导电剂并低速搅拌，待导电剂充分润湿后，在公转速度为70～90r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～120min；
③加入负极活性物质、去离子水的10～20％，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌120～180min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～90min；
⑤加入去离子水的0～10％以调节粘度至3000～8000mpa·s，即得到成品浆料。
或
当所述活性物质为负极活性物质，所述水性粘结剂为丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠体系的结合时，包括如下步骤：
①将羧甲基纤维素钠与去离子水的70～85％在真空度≤-0.07mpa的环境下搅拌20～30min；
②加入导电剂并低速搅拌，待导电剂充分润湿后，在公转速度为70～90r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～120min；
③加入负极活性物质、去离子水的10～20％，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌120～180min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～90min；
⑤加入丁苯橡胶，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～90min；
⑥加入去离子水的0～10％以调节粘度至3000～8000mpa·s，即得到成品浆料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过本发明的搅拌工艺，即在步骤③高粘度搅拌完后，再加入CNT分散液进行搅拌，能将CNT均匀地分散至浆料体系中，防止CNT分散液与其他导电剂或主材发生二次团聚，较好地解决了CNT的分散问题和浆料稳定性；同时由于本发明制备的浆料分散均匀，进而能提高浆料的过筛效率，减少过筛时间，提高生产效率，降低生产成本；且本发明的锂电池浆料配料简单，制备方法简易且易操作。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
一种含水性碳纳米管CNT的正极水性锂电池浆料，包括如下质量份的组分：聚丙烯酸酯15份；LiFePO4 5份；Super-P导电剂5份；水性碳纳米管CNT 5份；去离子水20份。
上述锂电池浆料的具体制备方法为(在双行星真空搅拌机内进行)：
①将聚丙烯酸酯与去离子水的70％在真空度为-0.08mpa的环境下搅拌20min；
②加入Super-P导电剂并低速搅拌，待Super-P导电剂充分润湿后，在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌60min；
③加入LiFePO4、去离子水的20％，并在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌120min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液(该CNT分散液为天奈材料科技有限公司生产的型号为LB217-44的水系浆料，且CNT的管径为44nm)，并在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌60min；
⑤加入去离子水的10％以调节粘度至4000mpa·s，即得到成品浆料。
通过测试，本实施例制得的锂电池浆料二次颗粒细度为5μm，静置24小时呈假塑性，无沉降，搅拌后恢复正常，重新测试浆料细度为5μm，并未发现二次团聚。
实施例2：
一种含水性碳纳米管CNT的正极水性锂电池浆料，包括如下质量份的组分：聚丙烯酸酯35份；LMO 15份；KS-6导电剂15份；水性碳纳米管CNT 15份；去离子水40份。
上述锂电池浆料的具体制备方法为：
①将聚丙烯酸酯与去离子水的85％在真空度为-0.07mpa的环境下搅拌30min；
②加入KS-6导电剂并低速搅拌，待KS-6导电剂充分润湿后，在公转速度为90r/min、分散速度为4000r/min、且真空度为-0.07mpa的条件下搅拌120min；
③加入LMO、去离子水的10％，并在公转速度为80r/min、分散速度为4000r/min、且真空度为-0.07mpa的条件下搅拌180min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液(该CNT分散液为天奈材料科技有限公司生产的型号为LB200-54的水系浆料，且CNT的管径为54nm)，并在公转速度为80r/min、分散速度为4000r/min、且真空度为-0.07mpa的条件下搅拌90min；
⑤加入去离子水的5％以调节粘度至8000mpa·s，即得到成品浆料。
通过测试，本实施例制得的锂电池浆料二次颗粒细度为25μm，静置24小时呈假塑性，无沉降，搅拌后恢复正常，重新测试浆料而二次颗粒细度为20μm，并未发现二次团聚。
实施例3：
一种含水性碳纳米管CNT的正极水性锂电池浆料，包括如下质量份的组分：聚丙烯酸酯20份；LNCM 10份；Super-P导电剂10份；水性碳纳米管CNT 10份；去离子水30份。
上述锂电池浆料的具体制备方法为：
①将聚丙烯酸酯与去离子水的80％在真空度为-0.09mpa的环境下搅拌25min；
②加入Super-P导电剂并低速搅拌，待Super-P导电剂充分润湿后，在公转速度为80r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.09mpa的条件下搅拌90min；
③加入LNCM、去离子水的20％，并在公转速度为75r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.09mpa的条件下搅拌150min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液(该CNT分散液为天奈材料科技有限公司生产的型号为LB200-54的水系浆料，且CNT的管径为54nm)，并在公转速度为75r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.09mpa的条件下搅拌80min；即得到粘度为5500mpa·s的成品浆料。
通过测试，本实施例制得的锂电池浆料本实施例制得的锂电池浆料二次颗粒细度为5μm，静置24小时呈假塑性，无沉降，搅拌后恢复正常，重新测试浆料细度为5μm，并未发现二次团聚。
实施例4：
一种含水性碳纳米管CNT的负极水性锂电池负极浆料，包括如下质量份的组分：固含为40％的丁苯橡胶5份，固含为3％的羧甲基纤维素钠20份；负极人造石墨10份；Super-P导电剂10份；水性碳纳米管CNT 10份；去离子水30份。
上述锂电池浆料的具体制备方法为：
①将羧甲基纤维素钠与去离子水的80％在真空度为-0.08mpa的环境下搅拌25min；
②加入Super-P导电剂并低速搅拌，待Super-P导电剂充分润湿后，在公转速度为80r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌90min；
③加入人造石墨、去离子水的20％，并在公转速度为75r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌150min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液(该CNT分散液为山东大展纳米材料有限公司生产的型号为DZL-031的水系浆料，且CNT的管径为10nm)，并在公转速度为75r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌80min；
⑤加入丁苯橡胶，在公转速度为75r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌80min；即得到粘度为3000mpa·s的成品浆料。
通过测试，本实施例制得的锂电池浆料二次颗粒细度为25μm，静置24小时，浆料稳定性良好，底部无沉降，重新测试浆料细度为25μm，并未发现二次团聚。
实施例5：
一种含水性碳纳米管CNT的负极水性锂电池浆料，包括如下质量份的组分：聚丙烯酸酯15份；负极人造石墨5份；Super-P导电剂5份；水性碳纳米管CNT 5份；去离子水20份。
上述锂电池浆料的具体制备方法为：
①将聚丙烯酸酯与去离子水的70％在真空度为-0.08mpa的环境下搅拌20min；
②加入Super-P导电剂并低速搅拌，待Super-P导电剂充分润湿后，在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌60min；
③加入负极人造石墨、去离子水的20％，并在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌120min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液(该CNT分散液为天奈材料科技有限公司生产的型号为LB200-54的水系浆料，且CNT的管径为54nm)，并在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌60min；
⑤加入去离子水的10％以调节粘度至3000mpa·s，即得到成品浆料。
通过测试，本实施例制得的锂电池浆料二次颗粒细度为25μm，静置24小时，浆料稳定性良好，底部无沉降，重新测试浆料细度为25μm，并未发现二次团聚。
实施例6：
一种含水性碳纳米管CNT的负极水性锂电池浆料，包括如下质量份的组分：聚丙烯酸酯15份；固含为3％的羧甲基纤维素钠20份；负极人造石墨5份；Super-P导电剂5份；水性碳纳米管CNT 5份；去离子水20份。
上述锂电池浆料的具体制备方法为：
①将聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠与去离子水的70％在真空度为-0.08mpa的环境下搅拌20min；
②加入Super-P导电剂并低速搅拌，待Super-P导电剂充分润湿后，在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌60min；
③加入负极人造石墨、去离子水的20％，并在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌120min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液(该CNT分散液为天奈材料科技有限公司生产的型号为LB217-44的水系浆料，且CNT的管径为44nm)，并在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌60min；
⑤加入去离子水的10％以调节粘度至3000mpa·s，即得到成品浆料。
通过测试，本实施例制得的锂电池浆料本实施例制得的锂电池浆料二次颗粒细度为25μm，静置24小时，浆料稳定性良好，底部无沉降，重新测试浆料细度为25μm，并未发现二次团聚。
实施例7：
一种含水性碳纳米管CNT的正极水性锂电池浆料，包括如下质量份的组分：丁苯橡胶15份；LiFePO4 5份；Super-P导电剂5份；水性碳纳米管CNT 5份；固含为3％的羧甲基纤维素钠20份；去离子水20份。
上述锂电池浆料的具体制备方法为：
①将羧甲基纤维素钠与去离子水的80％在真空度为-0.09mpa的环境下搅拌25min；
②加入Super-P导电剂并低速搅拌，待Super-P导电剂充分润湿后，在公转速度为80r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.09mpa的条件下搅拌90min；
③加入LiFePO4、去离子水的20％，并在公转速度为75r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.09mpa的条件下搅拌150min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液(该CNT分散液为天奈材料科技有限公司生产的型号为LB217-44的的水系浆料，且CNT的管径为44nm)，并在公转速度为75r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.09mpa的条件下搅拌80min；
⑤加入丁苯橡胶，在公转速度为75r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌80min；即得到粘度为5500mpa·s的成品浆料。
通过测试，本实施例制得的锂电池浆料二次颗粒细度为5μm，静置24小时呈假塑性，无沉降，搅拌后恢复正常，重新测试浆料细度为5μm，并未发现二次团聚。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于锂电池浆料的制备方法不同，具体为：
①将聚丙烯酸酯与去离子水的70％在真空度为-0.08mpa的环境下搅拌20min；
②加入Super-P导电剂、水性碳纳米管CNT分散液并低速搅拌，待Super-P导电剂充分润湿后，在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌60min；
③加入LiFePO4、去离子水的20％，并在公转速度为70r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌120min；
④加入去离子水的10％以调节粘度至4000mpa·s，即得到成品浆料。
通过测试，本对比例制得的锂电池浆料二次颗粒细度为55μm，静置24小时呈假塑性，无沉降，搅拌后恢复正常，重新测试浆料二次颗粒细度为55μm，并未发现二次团聚。
对比例2：
与实施例4基本相同，区别在于锂电池浆料的制备方法不同，具体为：
①将羧甲基纤维素钠与去离子水的80％在真空度为-0.08mpa的环境下搅拌25min；
②加入Super-P导电剂、水性碳纳米管CNT分散液并低速搅拌，待Super-P导电剂充分润湿后，在公转速度为80r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌90min；
③加入人造石墨、去离子水的20％，并在公转速度为75r/min、分散速度为3500r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌150min；
④加入丁苯橡胶，公转速度为75r/min、分散速度为3000r/min、且真空度为-0.08mpa的条件下搅拌80min；即得到粘度为3000mpa·s的成品浆料。
通过测试，本对比例制得的锂电池浆料二次颗粒细度为55μm，静置24小时，浆料稳定性较差，底部有轻微沉降，重新测试浆料细度为85μm，浆料细度变大，并出现二次团聚的现象。
Claims (3)
1.一种含水性碳纳米管CNT的水性锂电池浆料，其特征在于包括如下质量份的组分：
且上述水性碳纳米管CNT的管径为10～54nm；
当活性物质为正极活性物质时，所述水性粘结剂为聚丙烯酸酯；当活性物质为负极活性物质时，所述水性粘结剂为聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠体系的结合或丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠体系的结合；
当活性物质为正极活性物质时，所述水性锂电池浆料的制备方法包括如下步骤：
①将水性粘结剂与去离子水的70～85％在真空度≤-0.07mpa的环境下搅拌20～30min；
②加入导电剂并低速搅拌，待导电剂充分润湿后，在公转速度为70～90r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～120min；
③加入正极活性物质、去离子水的10～20％，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌120～180min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～90min，该水性碳纳米管CNT分散液为水系浆料；
⑤加入去离子水的0～10％以调节粘度至3000～8000mpa·s，即得到成品浆料；
或
当活性物质为负极活性物质，所述水性粘结剂为聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠体系的结合时，所述水性锂电池浆料的制备方法包括如下步骤：
①将水性粘结剂与去离子水的70～85％在真空度≤-0.07mpa的环境下搅拌20～30min；
②加入导电剂并低速搅拌，待导电剂充分润湿后，在公转速度为70～90r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～120min；
③加入负极活性物质、去离子水的10～20％，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌120～180min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～90min，该水性碳纳米管CNT分散液为水系浆料；
⑤加入去离子水的0～10％以调节粘度至3000～8000mpa·s，即得到成品浆料；
或
当活性物质为负极活性物质，所述水性粘结剂为丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠体系的结合时，所述水性锂电池浆料的制备方法包括如下步骤：
①将羧甲基纤维素钠与去离子水的70～85％在真空度≤-0.07mpa的环境下搅拌20～30min；
②加入导电剂并低速搅拌，待导电剂充分润湿后，在公转速度为70～90r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～120min；
③加入负极活性物质、去离子水的10～20％，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌120～180min；
④加入水性碳纳米管CNT分散液，并在公转速度为70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～90min，该水性碳纳米管CNT分散液为水系浆料；
⑤加入丁苯橡胶，并在公转速度70～80r/min、分散速度为3000～4000r/min、且真空度为-0.09～-0.07mpa的条件下搅拌60～90min；
⑥加入去离子水的0～10％以调节粘度至3000～8000mpa·s，即得到成品浆料。
2.根据权利要求1所述的含水性碳纳米管CNT的水性锂电池浆料，其特征在于：所述导电剂包括Super-P导电剂、KS-6导电剂中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的含水性碳纳米管CNT的水性锂电池浆料，其特征在于：所述正极活性物质为LiFePO4、LMO、LNCM、LCO中的至少一种；所述负极活性物质为石墨。
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Denomination of invention: A water-based lithium battery slurry containing CNT and its preparation method Effective date of registration: 20230828 Granted publication date: 20220405 Pledgee: Zhejiang Zhoushan Putuo Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Donggang sub branch Pledgor: ZHEJIANG CASNOVO MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2023330001858 |
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