CN112382757A - 一种负极复合增稠剂、负极极片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，为解决水系CMC‑SBR混合粘接剂负极极片的制备过程中经常出现负极浆料飘蓝、负极碾压表面粘辊等问题，提供了一种负极复合增稠剂、负极极片及制备方法，所述负极复合增稠剂由羧甲基纤维素钠与高取代瓜尔胶按照质量比1：(0.2～5)混合制成。本发明通过引入高取代瓜尔胶制备负极复合增稠剂，在制备负极极片时，与SBR乳液复配，利用高取代瓜尔胶电正性的阳离子基团与SBR表面的电负性羧基基团的亲和性，将SBR锚定在增稠剂上，从而缓解当前CMC‑SBR粘接剂体系的SBR上浮问题，改善负极极片碾压时的粘辊问题，提高负极粘接力，提高锂电池电化学性能。

Description

一种负极复合增稠剂、负极极片及制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种负极复合增稠剂、负极极片及制备方法。
背景技术
根据分散介质的性质，负极粘结剂可分为以有机溶剂为分散剂的油性粘结剂和以水为分散剂的水性粘结剂。传统的油性粘结剂刚性较强并且生产成本相对较高，因此逐渐被淘汰；相比于油性粘结剂，水性粘结剂环保、廉价且使用更安全，因此现已广泛用作负极粘结剂，当前工业生产最常见的水系负极粘接剂为CMC-SBR系粘接剂。其中CMC主要起增稠剂作用，SBR主要起粘接作用。
现有技术中，制备水系CMC-SBR混合粘接剂负极极片过程中经常出现负极浆料飘蓝、负极碾压表面粘辊等问题，这些问题主要原因是SBR颗粒表面的羧基改性，赋予SBR亲水性，使之可以稳定的悬浮在水中。由于其亲水特性，以及石墨颗粒表面是疏水的，使得SBR对石墨的吸附性较差，所以SBR并不能有效的分散吸附在石墨颗粒表面。此外，SBR表面的羧基呈负电性，与CMC表面的羧基相互排斥，使得SBR与CMC分散后的石墨浆料相容性较差，导致少部分SBR在浆料静置的时候上浮呈现浆料飘蓝现象以及涂布烘干过程中出现上浮，导致极片碾压时易粘辊问题，料与料/箔材之间粘结性变差，最终导致电池性能下降。
发明内容
本发明为了克服水系CMC-SBR混合粘接剂负极极片的制备过程中经常出现负极浆料飘蓝、负极碾压表面粘辊等问题，提供了一种能够缓解SBR上浮，有效改善负极极片碾压时的粘辊的负极复合增稠剂。
本发明还提供了一种使用上述负极复合增稠剂的负极极片，该负极极片具有较高的粘接力，能够有效提高锂电池的电化学性能。
本发明还提供了一种负极极片的制备方法，操作简单，对设备无特殊要求，易于产业化。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种负极复合增稠剂，所述负极复合增稠剂由羧甲基纤维素钠与高取代瓜尔胶按照质量比1：(0.2～5)混合制成。
本发明通过引入高取代瓜尔胶制备负极复合增稠剂，在制备负极极片时，与SBR乳液复配，利用高取代瓜尔胶电正性的阳离子基团与SBR表面的电负性羧基基团的亲和性，将SBR锚定在增稠剂上，从而缓解当前CMC-SBR粘接剂体系的SBR上浮问题，改善负极极片碾压时的粘辊问题，提高负极粘接力，提高锂电池电化学性能。。
作为优选，所述高取代瓜尔胶的取代度为1.2～1.8。取代度过低会导致瓜尔胶水不溶物含量过大，耐电解液性能差，过高会导致合成成本增大。
一种包括上述任一所述的负极复合增稠剂的负极极片，以负极极片总质量为基准，所述负极极片包括以下质量百分含量的组分：负极材料94～97wt％，导电剂0.5～3wt％，负极复合增稠剂1.5～3.5％。
作为优选，所述导电剂选自导电炭黑(SP)、超级导电碳黑(ECP)、碳纳米管和碳纤维中的一种或多种。
一种负极极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述配比，将负极材料、导电剂、负极复合增稠剂加入到匀浆罐中一次搅拌初步混匀，然后加入去离子水二次搅拌，得负极浆料；
(2)在负极浆料中加入去离子水、SBR乳液进行三次搅拌，然后涂覆在金属铜箔表面，干燥，即得负极极片。
作为优选，步骤(1)中，一次搅拌的时间为0.5～1.5h，二次搅拌的时间为2～6h。
作为优选，步骤(2)中，三次搅拌时间为1～2h。
作为优选，步骤(2)中，干燥温度为90～140℃。
因此，本发明具有如下有益效果：本发明通过引入高取代瓜尔胶制备负极复合增稠剂，在制备负极极片时，与SBR乳液复配，利用高取代瓜尔胶电正性的阳离子基团与SBR表面的电负性羧基基团的亲和性，将SBR锚定在增稠剂上，从而缓解当前CMC-SBR粘接剂体系的SBR上浮问题，改善负极极片碾压时的粘辊问题，提高负极粘接力。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
(1)按照以下配比，以负极极片总质量为基准，负极极片包括以下质量百分含量的组分：负极材料95wt％，导电炭黑2wt％，负极复合增稠剂3％，将负极材料、导电剂、负极复合增稠剂加入到匀浆罐中一次搅拌1.0h初步混匀，然后加入去离子水二次搅拌5h，得负极浆料；负极复合增稠剂由羧甲基纤维素钠与取代度为1.6的高取代瓜尔胶按照质量比1：3混合制成；(2)在负极浆料中加入去离子水、SBR乳液进行三次搅拌1.5h，然后涂覆在金属铜箔表面，100℃干燥，即得负极极片。
实施例2
(1)按照以下配比，以负极极片总质量为基准，负极极片包括以下质量百分含量的组分：负极材料94wt％，超级导电碳黑1.5wt％、碳纳米管1.5wt％，负极复合增稠剂3.5％，将负极材料、导电剂、负极复合增稠剂加入到匀浆罐中一次搅拌0.5h初步混匀，然后加入去离子水二次搅拌6h，得负极浆料；负极复合增稠剂由羧甲基纤维素钠与取代度为1.2的高取代瓜尔胶按照质量比1：5混合制成；
(2)在负极浆料中加入去离子水、SBR乳液进行三次搅拌2h，然后涂覆在金属铜箔表面，90℃干燥，即得负极极片。
实施例3
(1)按照以下配比，以负极极片总质量为基准，负极极片包括以下质量百分含量的组分：负极材料94～97wt％，碳纤维0.5wt％，负极复合增稠剂1.5％，将负极材料、导电剂、负极复合增稠剂加入到匀浆罐中一次搅拌1.5h初步混匀，然后加入去离子水二次搅拌2h，得负极浆料；负极复合增稠剂由羧甲基纤维素钠与取代度为1.8的高取代瓜尔胶按照质量比1：0.2混合制成；
(2)在负极浆料中加入去离子水、SBR乳液进行三次搅拌1h，然后涂覆在金属铜箔表面，140℃干燥，即得负极极片。
对比例1(高取代瓜尔胶的添加量过低)
对比例1与实施例1的区别在于，羧甲基纤维素钠与高取代瓜尔胶按照质量比为1：0.1，其余工艺完全相同。
对比例2(高取代瓜尔胶的添加量过高)
对比例2与实施例1的区别在于，羧甲基纤维素钠与高取代瓜尔胶按照质量比为1：6，其余工艺完全相同。
分别对实施例1-3和对比例1-2的负极极片组装成锂离子电池；并对其性能指标做检测，结果如表1所示：
表1.检测结果
性能指标 粘辊严重程度
实施例1 轻微
实施例2 轻微
实施例3 轻微
对比例1 严重
对比例2 轻微
由表1可以看出，采用本发明的羧甲基纤维素钠与高取代瓜尔胶复配的负极复合增稠剂得到的负极极片能很好的改善负极碾压粘辊的问题。通过比较实施例1和对比例1、2的数据可得，高取代瓜尔胶的添加量会影响粘辊改善效果，但是添加量的增加导致极片成本增大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种负极复合增稠剂，其特征在于，所述负极复合增稠剂由羧甲基纤维素钠与高取代瓜尔胶按照质量比1：(0.2～5)混合制成。
2.根据权利要求1所述的一种负极复合增稠剂，其特征在于，所述高取代瓜尔胶的取代度为1.2～1.8。
3.一种包括权利要求1所述的负极复合增稠剂的负极极片，其特征在于，以负极极片总质量为基准，所述负极极片包括以下质量百分含量的组分：负极材料94～97wt％，导电剂0.5～3wt％，负极复合增稠剂1.5～3.5％。
4.根据权利要求3所述的负极极片，其特征在于，所述导电剂选自导电炭黑、超级导电碳黑、碳纳米管和碳纤维中的一种或多种。
5.一种如权利要求3所述的负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照上述配比，将负极材料、导电剂、负极复合增稠剂加入到匀浆罐中一次搅拌初步混匀，然后加入去离子水二次搅拌，得负极浆料；
(2)在负极浆料中加入去离子水、SBR乳液进行三次搅拌，然后涂覆在金属铜箔表面，干燥，即得负极极片。
6.根据权利要求5所述的负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，一次搅拌的时间为0.5～1.5h，二次搅拌的时间为2～6h。
7.根据权利要求5所述的负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，三次搅拌时间为1～2h。
8.根据权利要求5所述的负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，干燥温度为90～140℃。
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