CN111900391A - 一种锂离子电池负极浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂电池领域,具体涉及一种锂离子电池负极浆料及其制备方法。采用分步依次加入CMC胶液、分散剂、负极导电剂、负极活性物质、SBR,CMC先与水、分散剂制成CMC胶液,再加入负极导电剂,使其先均匀分散在CMC胶液中,再加入如比表面积较大的二次造粒的人造石墨负极活性物质,形成负极活性物质与负极导电剂结合物,再加入SBR。负极材料之间的相容性不佳容易导致浆料出现团聚的现状。本发明可以降低负极浆料各组分间的张力,从而增强负极浆料各组分间的相容性,减少浆料出现团聚现象,从而生成分散良好的不易沉降的负极浆料。
Description
技术领域
本发明属于锂电池领域,具体涉及一种锂离子电池负极浆料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池由于其能量密度高、循环寿命长、绿色无污染等优点被广泛应用于消费类电子产品、新能源汽车等领域。负极匀浆是锂离子电池非常重要的一道制作工序,其目的就是将负极活性物质(一般为天然石墨、人造石墨、钛酸锂、硅碳材料等),导电剂、粘合剂均匀分散于溶剂中,获得一定固含量和粘度的负极浆料;其中,负极浆料的分散性将直接关系到后续浆料涂布的质量和成品率。
浆料制作是制作锂离子电池的第一个环节,也是最重要的环节。负极浆料分散不均匀,不仅会导致下一道涂布工序出现颗粒、划痕等问题,甚至会导致浆料涂布不均带来的面密度不良,进而给电池在使用过程中带来安全隐患。目前国内大部分企业采用的锂离子电池负极浆料配方为:负极活性物质(石墨)+ 粘结剂(CMC/SBR)+导电剂+溶剂。
专利申请号为CN201910225377.X的发明专利公开了一种锂离子电池负极浆料稳定剂及其制备方法、应用,将聚丙烯腈粉末加入到极性溶剂中,搅拌分散得到稳定剂。稳定剂应用于电池负极浆料中,能明显减小负极浆料TSI,提高负极浆料的稳定性,进而可以抑制浆料沉降。但是聚丙烯腈将残留在负极浆料内部,进而影响电池的内阻。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足,而提供一种锂离子电池负极浆料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案:一种锂离子电池负极浆料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将CMC、分散剂和去离子水搅拌均匀得CMC胶液;
(2)将步骤(1)制得的浆料加入负极导电剂,搅拌均匀得导电胶液;
(3)将步骤(2)制得的浆料加入负极活性物质,搅拌均匀得负极活性料液;
(4)将步骤(3)制得的浆料加入SBR,搅拌均匀得负极浆料。
采用分步依次加入CMC胶液、分散剂、负极导电剂、负极活性物质、SBR, CMC先与水、分散剂制成CMC胶液,再加入负极导电剂,使其先均匀分散在 CMC胶液中,再加入如比表面积较大的二次造粒的人造石墨负极活性物质,形成负极活性物质与负极导电剂结合物,再加入SBR。负极材料之间的相容性不佳容易导致浆料出现团聚的现状。本发明可以降低负极浆料各组分间的张力,从而增强负极浆料各组分间的相容性,减少浆料出现团聚现象,从而生成分散良好的不易沉降的负极浆料。
其中,所述的分散剂的无水乙醇。
优选地,各组份按质量份数具体如下:负极活性物质、负极导电剂、CMC、 SBR、分散剂的物质质量比依次为85~95:0.5~5.0:0.2~5.0:0.5~5.0:0.5~ 5。
各组分按照上述的百分比范围内,配制后,电池负极浆料的效果最好。
所述负极导电剂为乙炔黑、碳纳米管、科琴黑中的一种或两种以上的组合。
所述负极活性物质为二次造粒的人造石墨、天然石墨、钛酸锂和硅碳材料中的一种或两种以上的组合。
通过上述的锂离子电池负极浆料的制备方法得到的锂离子电池负极浆料。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.本发明的锂离子电池负极浆料分散剂应用于负极活性物质为二次造粒的人造石墨、天然石墨、人造石墨、钛酸锂、硅碳的电池负极浆料中,能明显推迟负极浆料出现团聚现象,提高负极浆料的分散性,进而可以抑制浆料沉降,防止浆料涂覆边缘鼓边等不良现象。
2.本发明的锂离子电池负极浆料分散剂涂布后不会残留,成本低,对电池性能无影响,市场前景大。
3.本发明分散剂特别是应用于锂离子电池负极浆料中的制备方法简单,且采用分步加入CMC胶液、分散剂、负极导电剂、负极活性物质和SBR的方式,成功生成分散性强的特别是包含有二次造粒的人造石墨的负极浆料。
4.本发明可以降低负极浆料中,CMC及SBR的用量,变相提升了负极浆料中活性物质的占比,提高了电池的能量密度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为不同实施例做接触角测试的结果;
图2为不同实施例做1C充放电测试的结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1:
负极浆料的制备,其具体步骤为:
S1:在搅拌容器中加入12g CMC和500g去离子水搅拌制得CMC胶液;
S2:在CMC胶液中加入12g负极导电剂科琴黑,搅拌均匀制得导电胶液。
S3:在导电胶液中加入736g KD-4,搅拌均匀制得负极活性料液;
S4:在负极活性料液中加入20g SBR,搅拌均匀,通过加入去离子水将浆料粘度调节至1500-4500mPa·s制得负极浆料。
实施例2:
负极浆料的制备,其具体步骤为:
S1:在搅拌容器中加入12g CMC、4g无水乙醇和500g去离子水搅拌制得 CMC胶液;
S2:在CMC胶液中加入12g负极导电剂科琴黑,搅拌均匀制得导电胶液。
S3:在导电胶液中加入736g KD-4,搅拌均匀制得负极活性料液;
S4:在负极活性料液中加入20g SBR,搅拌均匀,通过加入去离子水将浆料粘度调节至1500-4500mPa·s制得负极浆料。
实施例3:
负极浆料的制备,其具体步骤为:
S1:在搅拌容器中加入12g CMC、8g无水乙醇和500g去离子水搅拌制得 CMC胶液;
S2:在CMC胶液中加入12g负极导电剂科琴黑,搅拌均匀制得导电胶液。
S3:在导电胶液中加入736g KD-4,搅拌均匀制得负极活性料液;
S4:在负极活性料液中加入20g SBR,搅拌均匀,通过加入去离子水将浆料粘度调节至1500-4500mPa·s制得负极浆料。
实施例4:
负极浆料的制备,其具体步骤为:
S1:在搅拌容器中加入12g CMC、12g无水乙醇和500g去离子水搅拌制得 CMC胶液;
S2:在CMC胶液中加入12g负极导电剂科琴黑,搅拌均匀制得导电胶液。
S3:在导电胶液中加入736g KD-4,搅拌均匀制得负极活性料液;
S4:在负极活性料液中加入20g SBR,搅拌均匀,通过加入去离子水将浆料粘度调节至1500-4500mPa·s制得负极浆料。
实施例5:
负极浆料的制备,其具体步骤为:
S1:在搅拌容器中加入12g CMC、16g无水乙醇和500g去离子水搅拌制得 CMC胶液;
S2:在CMC胶液中加入12g负极导电剂科琴黑,搅拌均匀制得导电胶液。
S3:在导电胶液中加入736g KD-4,搅拌均匀制得负极活性料液;
S4:在负极活性料液中加入20g SBR,搅拌均匀,通过加入去离子水将浆料粘度调节至1500-4500mPa·s制得负极浆料。
将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5分别进行接触角测试,得到如下结果:
表1不同含量的乙醇对石墨负极的接触角的影响
从图1及表1(乙醇含量为保留到1位有效数字的乙醇占除水以外的所有原料的质量百分比)中可以看出随着乙醇含量的提高,乙醇水溶液和石墨负极间的接触角先减小后增大,在乙醇浓度约为1%的时候接触角最小。接触角减小意味着张力减小,而张力减小可以提高浆料各组分之间的相容性,阻止了材料在搅拌过程中的团聚现象,提升了分散性能。过多的加入乙醇会导致浆料的接触角又增大,从而增大了张力,降低浆料各组分之间的相容性,容易出现团聚现象,分散性有所下降。
将浆料静置不同时间,测试浆料沉淀的固体体积,数据如表2所示。数据规律与表1所示的接触角变化规律相同,在乙醇含量为1%时,浆料静置5天,沉淀的固体体积为13.5%,明显优于其它组分。表明,在添加了1%的乙醇后,负极浆料的分散性能得到了明显提升。
表2不同含量的乙醇对石墨负极的团聚比例
如表3所示为石墨负极浆料用细度计测试,数据规律与表1所示的接触角变化规律相同,在乙醇含量为1%时,石墨负极浆料的细度为4μm,明显优于其它组分。表明,在添加了1%的乙醇后,负极浆料的分散性能得到了明显提升。
表3不同含量的乙醇对石墨负极的细度测试
0% | 0.5% | 1% | 1.5% | 2% | |
细度 | 8 | 6 | 4 | 6 | 8 |
如表4、图2所示为电池1C倍率性能数据(相比0.1C),结合之前数据可以看到,添加了1%乙醇所制作的电池倍率性能,由于浆料的颗粒及分散性能得到提升,其倍率性能明显优于其他组分。
表4不同含量的乙醇对软包电池1C倍率影响
表5为添加不同含量的乙醇的电池内阻测试数据,从表中可以看到电池内阻数据无明显规律,表明浆料分散性能及颗粒大小的改变,反应到电池内阻上并不明显。
表5不同浓度的乙醇水溶液对电池内阻的影响
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种锂离子电池负极浆料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将CMC、分散剂和去离子水搅拌均匀得CMC胶液;
(2)将步骤(1)制得的浆料加入负极导电剂,搅拌均匀得导电胶液;
(3)将步骤(2)制得的浆料加入负极活性物质,搅拌均匀得负极活性料液;
(4)将步骤(3)制得的浆料加入SBR,搅拌均匀得负极浆料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的制备方法,其特征在于:所述的分散剂的无水乙醇。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的制备方法,其特征在于:各组份按质量份数具体如下:负极活性物质、负极导电剂、CMC、SBR、分散剂的物质质量比依次为85~95:0.5~5.0:0.2~5.0:0.5~5.0:0.5~5。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池负极浆料的制备方法,其特征在于:所述负极导电剂为乙炔黑、碳纳米管、科琴黑中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池负极浆料的制备方法,其特征在于:所述负极活性物质为二次造粒的人造石墨、天然石墨、钛酸锂和硅碳材料中的一种或两种以上的组合。
6.通过权利要求1-5任一项所述的锂离子电池负极浆料的制备方法得到的锂离子电池负极浆料。
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Application publication date: 20201106 Assignee: Wenzhou Xinggu Optoelectronic Technology Co.,Ltd. Assignor: INSTITUTE OF NEW MATERIALS & INDUSTRIAL TECHNOLOGY, WENZHOU University Contract record no.: X2023980054233 Denomination of invention: A negative electrode slurry for lithium-ion batteries and its preparation method Granted publication date: 20220111 License type: Common License Record date: 20231228 |