CN112086614A

CN112086614A - 一种锂电池负极配料工艺

Info

Publication number: CN112086614A
Application number: CN202010988153.7A
Authority: CN
Inventors: 洪天立; 傅昭
Original assignee: Hunan Huaxing New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Pengbo New Material Co ltd
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2020-12-15
Anticipated expiration: 2040-09-18
Also published as: CN112086614B

Abstract

本发明提供了一种锂电池负极配料工艺，包括以下步骤：在CMC中加水分别配置两种不同固含量的CMC胶液，将负极石墨和导电剂先进行干粉预混30~50min，再加入高固含量的CMC胶液中捏合，控制在固含量在64%‑70%之间；然后再加入低固含量CMC胶液进行高速分散，控制速度在14‑18m/s之间；再加入粘结剂，进行中速分散，控制速度在11‑13m/s之间；最后抽真空静置，得负极浆料。本发明把原材料干粉进行预处理配制为相同流体（非牛顿流体），利用相同流体间更容易混合分散的特点使浆料分散效果达到最佳，降低残渣量，减少成本；降低浆料细度，缩短过筛时间，提升效率，同时提升循环及自放电性能。

Description

一种锂电池负极配料工艺

技术领域

本发明涉及锂离子配料技术领域，具体涉及锂电池负极配料工艺。

背景技术

现有技术中，锂离子电池的生产通常是将调配好的正极浆料与负极浆料分别涂覆于正极集流体、负极集流体表面制成正极片与负极片。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、黏度和环境等条件的变化。因此，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最终产品的性能。

目前，锂离子电池的负极浆料大多由石墨粉、导电剂、悬浮剂、粘合剂等组成。良好的配料方法能确保电池在充电时锂离子能正常嵌入石墨结构层，放电时锂离子能正常脱嵌进入正极，确保长时间的不停充放电正负极材料晶格不塌陷，确保电池能长寿命正常工作。

一种稳定良好的配料技术在电池制作中的地位是重中之重。对电池生产的合格率，使用寿命，自放电等性能起到关键作用。目前普通的配料技术主要分为捏合和高速分散两种，a、先把所有原材料干粉进行预混合后加入去离子水进行捏合再进行高速分散；b、先配置好CMC胶液后再逐次加入原材料干粉进行高速分散。捏合主要提供颗粒间摩擦力，达到颗粒分散的效果。粘度越高，分散效果越好。高速分散主要提供剪切力，达到颗粒分散的效果。

目前普通的配料技术主要存在如下缺点：

1.浆料防沉降能力不足；

2.浆料稳定性较差，固含量偏低；

3.高速分散初始粘度偏低，转速不高，分散力偏低；

4.配料周期长。

目前负极配料工艺，浆料分散能力一般，残渣量占干粉总量0.15%左右，细度28-35um，过筛效率25kg/min左右，循环寿命≤1800C，自放电K值2-3mV/d。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是通过把活性物质等原材料干粉进行预处理配制为相同流体（非牛顿流体），利用相同流体间更容易混合分散的特点使浆料分散效果达到最佳，降低残渣量，减少成本；降低浆料细度，缩短过筛时间，提升效率，同时提升循环及自放电性能。

为实现以上发明目的，本发明的技术方案是：

一种锂电池负极配料工艺，包括以下步骤：

（1）在CMC干粉中加水分别配置两种不同固含量的CMC胶液，高固含量CMC胶液是质量浓度为1.6%-2.0%的CMC胶液，低固含量CMC胶液是质量浓度为1.0%-1.5%CMC胶液；

（2）先将负极石墨和导电剂先进行干粉预混30~50min，再加入高固含量的CMC胶液中捏合，捏合固含量控制在64%-70%之间，捏合时间为180-240min；然后再加入低固含量CMC胶液进行高速分散，控制速度在14-18m/s之间，高速分散时间为60-120min；再加入粘结剂，进行中速分散，控制速度在9-12m/s之间，分散时间为30-60min；

（3）最后抽真空静置，得负极浆料，固含量在51%-53%之间，粘度为1500mpa.s-2500mpa.s。

优选方案，所述粘结剂为SBR。

优选方案，高固含量的CMC胶液的CMC干粉用量为总干粉用量的0.8%-0.95%，便于控制浆料的一致性。

优选方案，低固含量CMC胶液的CMC干粉用量为总干粉用量的0.3%-0.6%；

本发明的核心创造点如下：

1、配置两种不同固含量的CMC胶液，先将负极石墨和导电剂先进行干粉预混再加入高固含量的CMC胶液中捏合；然后再加入低固含量CMC胶液进行高速分散；再加入粘结剂，进行中速分散。此工艺与之前的工艺有本质的差别，本发明采用高固含量CMC胶液与石墨、导电剂进行捏合成非牛顿流体，提升防沉降能力，同时提高捏合粘度或摩擦力。再采用低固含量CMC胶液非牛顿流体进行高速分散，降低初始粘度，提升转速或剪切力。

2、各种工艺控制参数很重要，不是在任意范围内都可以，工艺参数的控制对最终产品的性能有较大影响。

3、高固含量的CMC胶液如果用量过少，浆料在捏合过程中CMC支链不能完全把石墨颗粒进行充分包覆，导致浆料出现沉降200目筛网通过效果差。高固含量的CMC胶液如果用量过多，浆料在捏合过程中CMC支链不能充分舒展开，导致浆料分散不均匀，稳定性差。高固含量的CMC胶液的CMC干粉用量为总干粉用量的0.8%-0.95%浆料一致性好，粘度可控制在±350mpa.s的公差范围。

备注：CMC全名为羧甲基纤维素钠，链状结构，胶液呈网状/层状结构，具备很好的防沉降性能。

与现有技术相比，本发明的优势是：

本发明采用高固含量CMC胶液与石墨、导电剂进行捏合成非牛顿流体，提升防沉降能力，同时提高捏合粘度或摩擦力。再采用低固含量CMC胶液非牛顿流体进行高速分散，降低初始粘度，提升转速或剪切力。本发明的方法降低浆料残渣量，减少成本；降低浆料细度，缩短过筛时间，提升效率，同时提升循环及自放电性能。

附图说明

图1为实施例1和实施例2的工艺流程图；

图2为实施例1获得的负极浆料进行粘度随时间变化测试图；

图3为实施例1在不同搅拌设备、不同批次间获得的负极浆料进行固含量测试图；

图4为对实施例1获得的负极石墨粉体材料进行粒度分布测试图；

图5为对实施例1获得的负极浆料进行粒度分布测试图；

图6为负极浆料制备的极片进行SEM电镜分析图；

图7为电池进行1C倍率下的充放电循环测试图；

图8为电池进行3C倍率下的充放电循环测试图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

实施例1

配料工艺见图1，先配置两种不同固含量的CMC胶液，负极石墨、导电剂先预混30min，加入高固含量的CMC胶液（固含量1.7%），使浆料这步固含量在65%-70%进行捏合（该步CMC占总干粉比例0.84%），再加低固含量胶液（固含量1.5%）进行高速分散（16m/s），然后加SBR进行中速分散（11m/s），浆料固含量52%，粘度±250mpa.s波动，固含量±0.5%的波动。

实施例2

配料工艺见图1，先配置两种不同固含量的CMC胶液，负极石墨、导电剂先预混35min，加入高固含量的CMC胶液（固含量2%），使浆料这步固含量在65%-70%进行捏合（该步CMC占总干粉比例0.94%），再加剩余低固含量胶液（固含量1.0%）进行高速分散（18m/s），然后加SBR进行中速分散（10m/s），浆料固含量53%，粘度±350mpa.s波动，固含量±0.5%的波动。

对比例1

先配置一种固含量的CMC胶液（固含量1.4%），负极石墨、导电剂先预混35min，加入CMC胶液使浆料这步固含量在65%-70%进行捏合（该步CMC占总干粉比例0.7%），再加剩余CMC胶液进行高速分散（18m/s），然后加SBR进行中速分散（10m/s），浆料固含量51%，粘度±450mpa.s波动，固含量±1%的波动。

对比例2

先配置两种不同固含量的CMC胶液，负极石墨、导电剂先预混35min，加入高固含量的CMC胶液（固含量2.5%），使浆料这步固含量在71%进行捏合（该步CMC占总干粉比例1.0%），再加低固含量胶液（固含量0.7%）进行高速分散（18m/s），然后加SBR进行中速分散（10m/s），浆料固含量53%，粘度±450mpa.s波动，固含量±1%的波动。

对比例3

首先将石墨、导电剂及CMC干混20min后加入去离子水湿混60min；接下来在第二次加入CMC并搅拌20min之后第二次加入去离子水并搅拌5min形成浆料A；对所述浆料A继续搅拌60min之后采用接通冷却水的方式把浆料的温度控制在23-35℃并抽真空使真空度≤-0.08MPa；最后加入SBR混合搅拌30min形成浆料B并对所述浆料B继续搅拌20min进行真空脱泡，即可获得负极浆料。首次加入CMC的量占两次加入CMC总量的50％，首次加入去离子水的量占两次加入去离子水总量的40％。

传统工艺：

首先将CMC干粉按1%-3%的固含量加入去离子水中速搅拌3-4H制备成胶液，再加入所需的导电剂高速分散1-2H，然后加入全部石墨进行高速分散3-4H，接下来加入SBR慢速搅拌0.5-1H，最后加入去离子水进行粘度调节（粘度合格则不需进行该步）。

效果对比：

表1传统工艺与新型工艺结果对比

配料工艺	残渣比例	细度	过筛效率	用相同的工艺制备成电池后的循环性能	用相同的工艺制备成电池后的K值
						传统工艺	0.18%左右	28-35um	25kg/min	1900C	2~3mV/d
实施例1的检测结果	0.08%左右	24-30um	28kg/min	2200C	0.5-1mV/d
						实施例2的检测结果	0.081%左右	24-30um	28kg/min	2200C	0.5-1mV/d
对比例1的检测结果	0.1%左右	25-30um	26kg/min	1900C	1-2mV/d
						对比例2的检测结果	0.11%左右	27-32um	26kg/min	1700C	2-4mV/d
对比例3的检测结果	0.19%左右	28-35um	25kg/min	1800C	2~3mV/d

请参阅图2，对实施例1获得的负极浆料进行粘度随时间变化测试，浆料在24小时之内粘度变化轻微，24小时之后粘度基本稳定在2500-3000mpa.s，说明所述负极浆料具有很好的稳定性。

请参阅图3，对实施例1在不同搅拌设备、不同批次间获得的负极浆料进行固含量测试，浆料固含量在±0.5%波动，说明了所述浆料在不同设备、生产批次间的制备具有良好的稳定性。

请参阅图4、图5，对实施例1获得的负极浆料进行粒度分布测试，并以制备所述负极浆料的粉体石墨的粒度分布对比，所述负极浆料的粒度分布曲线与粉体石墨粒度分布曲线十分接近，说明所述负极浆料的分散效果佳。

请参阅图6，对实施例1获得的负极浆料进行涂布制备成极片，并对所述负极浆料制备的极片进行SEM电镜分析，据图6可知：所述负极浆料制备的极片分布均匀，说明所述负极浆料具有良好的分散效果。

进一步的，采用实施例1获得的负极浆料制备电池负极，采用磷酸铁锂制备电池正极，制作32700-6.0Ah型号电池，然后对该电池进行1C和3C倍率下的充放电循环测试，据图7、图8可知：1C循环2000周之后的容量保持率为83.3％，3C循环300周之后的容量保持率为90.3％说明采用本发明提供的锂离子电池石墨负极配料工艺获得的负极浆料所制备的电池具有较好的充放电循环性能。

以上所述为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种锂电池负极配料工艺，其特征是，包括以下步骤：

（2）先将负极石墨和导电剂先进行干粉预混30~50min，再加入高固含量的CMC胶液中捏合，控制在固含量在64%-70%之间，捏合时间为180-240min；然后再加入低固含量CMC胶液进行高速分散，控制速度在14-18m/s之间，高速分散时间为60-120min；再加入粘结剂，进行中速分散，控制速度在9-12m/s之间，分散时间为30-60min；

（3）最后抽真空静置，得负极浆料。

2.根据权利要求1所述锂电池负极配料工艺，其特征是，所述负极浆料的固含量在51%-53%之间，粘度为1500mpa.s-2000mpa.s。

3.根据权利要求1所述锂电池负极配料工艺，其特征是，所述粘结剂为SBR。

4.根据权利要求1所述锂电池负极配料工艺，其特征是，所述高固含量的CMC胶液的CMC干粉用量为总干粉用量的0.8%-0.95%。

5.根据权利要求1所述锂电池负极配料工艺，其特征是，所述低固含量CMC胶液CMC干粉用量为总干粉用量的0.3%-0.6%。