CN113540399B - 一种高功率锂离子电池用水系负极片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种高功率锂离子电池用水系负极片及其制备方法。本发明专门针对高功率锂离子动力电池公开了一种水系负极片的的材料配方及配方比例，以纯水/去离子水作为溶剂，用价格低廉的水性粘结剂制备负极极片；公开了一种更高效，更环保，时间和成本节约型的匀浆制备工艺，解决匀浆过程中的团聚和沉降等问题；此外还公开了一种高功率电池负极片的涂布参数及碾压密度，进而保证高功率极片的一致性和低内阻，排除极片起皮掉料的风险，实现电池的高功率特性和一致性。

Description

一种高功率锂离子电池用水系负极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高功率锂离子电池用水系负极片及其制备方法。
背景技术
锂离子电池相对于铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池具有更高的能量密度、自放电小、循环寿命长等优点，当前已广泛应用于消费电子领域。随着降低污染及碳排放量的要求，目前世界各国都在大力发展HEV等清洁能源来降低油耗，许多应用场合，如HEV在车辆启动时需要很大的启动电流、刹车时需要在很短的时间内回收能量，对于电池的要求为功率要高。
高功率电池主要是指需要充放电电流较大、功率较大的锂离子电池；负极片是指有负极活性物质和金属集流体构成的具有存储锂离子功能的电极，锂离子电池负极重要性体现在一方面决定整体电池的电压，另一方面决定电池SEI膜的形成，尤其对电池存储日历寿命有重要影响。对于高功率电芯，功率密度是其重要衡量指标，功率密度与电池的内阻有直接关系，电池的内阻又跟极片的内阻密不可分，所以，提升电池功率密度要从同时从极片及原材料开始。
传统负极片制备研究普遍都是针对能量型EV用锂离子电池而开发，很少专门针对高功率电池负极片工艺的研究，尤其是针对48V应用电池的研究特别少。公开号为CN110071271A，公开日2019年7月30日的中国专利公开了一种高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法及负极材料与应用，制备包括以下步骤：将1.4％～1.6％LiOH·H2O和98.6％～98.4％钛的化合物混合于溶剂中，经过水热反应、抽滤、干燥和研磨后得到复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料。相比于钛酸锂(Li4Ti5O12)，该负极材料能够明显提高锂离子电池的充电功率和可逆容量，具有较好的安全性能。
目前针对高功率锂离子电池负极片的制备，大部分是采用有机溶剂的有机体系负极极片，有机溶剂易挥发，污染大；制备的浆料会有分散不好的问题(团聚和沉降等)；此外，在高倍率、大电流使用中，电池负极会出现阻值大和易起皮掉料的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高功率锂离子电池用水系负极片及其制备方法。本发明专门针对高功率锂离子动力电池公开了一种水系负极片的的材料配方及配方比例，以纯水/去离子水作为溶剂，用价格低廉的水性粘结剂制备负极极片；公开了一种更高效，更环保，时间和成本节约型的匀浆制备工艺，解决匀浆过程中的团聚和沉降等问题；此外还公开了一种高功率电池负极片的涂布参数及碾压密度。
本发明的具体技术方案为：一种高功率锂离子电池用水系负极片，所述负极片的负极浆料包括负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂和溶剂，所述负极浆料各组分的质量份数为：95～96份负极活性物质、1～1.5份导电剂、1.5～2份粘结剂、1～1.5份增稠剂、130～150份溶剂；所述溶剂为纯水和/或去离子水。
本发明专门针对高功率锂离子动力电池公开了一种水系负极片的的材料配方及配方比例，以纯水/去离子水作为溶剂，用价格低廉的水性粘结剂制备负极极片，解决了有机溶剂易挥发，污染大的问题。
作为优选，所述的负极活性物质为人造石墨、天然石墨中的一种或几种；所述负极活性物质的粒度为：2μm≤D10≤4μm、5μm≤D50≤8μm、9μm≤D90≤16μm；所述负极活性物质的比表面积为1～2.5m2/g。
本发明负极活性物质采用人工石墨和/或天然石墨，石墨的原材料采用等方焦和煤系焦等各向同性焦，这类材料可以促进负极石墨功率性能的提升。此外，为提升功率性能及低温性能，石墨的粒度要控制在较低的水平；为保证较好的倍率性能和首次充放电效率，石墨比表面积应控制在1～2.5m2/g。
作为优选，所述的导电剂为纳米碳纤维材料，所述导电剂比表面积为10-20m2/g。
由于大倍率充放电的要求，极片内阻要比较小，所以要选择导电性能好、电阻率低的纳米碳纤维，其具备支链状、纯度高，导电性能较好。
作为优选，所述的粘结剂为丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸和海藻酸钠中的一种或多种，所述粘结剂粘度为100～250mPa·s，固含量为48～51％。
粘结剂可以将活性物质与箔材、活性物质、粘结剂结合起来，同时也要保证较好的导电率和低内阻。但是针对高功率电芯极片制备，要求粘结剂的粘度在100～250mPa·s最宜，固含量在：48.0～51.0％最佳，保证制备时浆料不沉降并且保证较优的粘性并且兼具低内阻。
作为优选，所述的增稠剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸和聚丙烯酸钠中的一种或多种，所述增稠剂粘度为2000～2500mPa·s，pH为6.0～8.5。
增稠剂和粘结剂结合有利于抑制Li-O的团聚，并能稳定界面结构，有利于电化学性能的发挥。
一种所述负极片的制备方法，包括粘结剂胶液配置、匀浆过程、涂布、碾压、分切和烘烤步骤，其特征在于，所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥；所述粘结剂胶液配置、匀浆过程具体步骤如下：
1)粘结剂胶液配置
(1.1)将粘结剂与溶剂混合，在公转10～15r/min、自转500～1000r/min的搅拌速度下搅拌10～30min；
(1.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上无白色溶液残留；
(1.3)在公转20～25r/min、自转1500～2000r/min的搅拌速度下搅拌150～180min；
(1.4)在公转5～10r/min、自转200～500r/min的搅拌速度下抽真空至真空度≤-92kPa；得到粘结剂胶液；
2)匀浆过程
(2.1)将步骤(1.4)制得的粘结剂胶液和导电剂加入匀浆装置中搅拌混合，搅拌速度为公转10～15r/min、自转500～1000r/min，搅拌时间为10～20min；
(2.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.3)在公转25～35r/min、自转2000～2500r/min的搅拌速度下搅拌90～120min；
(2.4)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.5)加入负极活性物质，搅拌速度为公转10～15r/min、自转500～1000r/min，搅拌时间为15～30min；
(2.6)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.7)在公转25～35r/min、自转2000～2500r/min的搅拌速度下搅拌90～120min；
(2.8)加入溶剂，加入量为溶剂总质量的70～80％，搅拌速度为公转10～15r/min、自转500～1000r/min，搅拌时间为10～20min；
(2.9)加入增稠剂和剩余20～30％溶剂，在公转30～40r/min、自转500～800r/min的搅拌速度下搅拌60～90min；
(2.10)在真空状态、公转10～15r/min、自转500～800r/min的搅拌速度下搅拌15～20min，得到前体浆料；
(2.11)出料：将步骤(2.10)所述前体浆料按顺序依次经过80目单层过滤、100目单层过滤器、200目单层过滤器和300目单层过滤器，得到负极浆料。
在匀浆过程中，影响匀浆混合分散过程的主要工艺参数有：搅拌速度、浓度、真空度和温度。
搅拌速度对分散速度、材料自身结构和设备有一定影响。一般说来搅拌速度越高，分散速度越快，但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。因此需要根据实际材料特性，确定适当的匀浆工艺参数，本发明团队通过多次优化调整公转和自转步骤和速度实现了活物质颗粒细小均匀分散没有团聚，同时对材料自身结构和设备无损伤；导电剂颗粒形成薄层弥散成导电网络，并最大量地在集流体上互锁连结活物质颗粒；活性物质颗粒细小，确保电池有高的电流密度。
浓度影响分散速度和粘接强度。通常情况下浆料浓度越小，分散速度越快，但太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。浓度越大，揉制强度越大，粘接强度越大；浓度越低，粘接强度越小。本发明，通过分批加入物料，控制溶剂加入量从而控制浓度，在匀浆过程中先加入导电剂和粘结剂进行搅拌，然后再加入负极活性物质搅拌，随着浆料粘度增大，加入溶剂调节浆料浓度，使浓度控制在合理范围，最后加入增稠剂，同时加入溶剂进行搅拌从而控制物料浓度。
真空度对分散速度有一定影响。本发明在步骤(2.10)中物料添加完之后在真空条件下进行搅拌，真空条件有利于材料缝隙和表面的气体排出，降低液体吸附难度；材料在完全失重或重力减小的情况下，分散均匀的难度将大大降低。
作为优选，所述涂布过程集流体为铜箔，所述铜箔厚度为8～10μm；所述涂布过程干燥温度为70～100℃。
高功率电芯需要较大的充放电倍率，电流密度较大，需要优选厚度适合的箔材，优选8-10μm的铜箔；涂布干燥过程采用逐步升温工艺干燥，防止极片干燥过程中干燥速度不一致导致极片分层，最后引起极片掉料和失效。
在极片涂布过程中，高功率电芯极片涂布面密度相对较低，如果开始烘烤温度过高，会使外面涂层快速烘干，内部极片涂层不完全干燥，后续继续烘烤过程中会使极片干燥速度不一致，导致极片分层，最后引起极片掉料和失效，采用逐步升温工艺干燥解决了在高倍率、大电流使用中，电池负极会出现阻值大和易起皮掉料的问题。
作为优选，所述的碾压步骤中压实密度为1.25～1.35g/cc。
压实密度对极片性能及电池性能有重要影响。针对高功率电池，合适的负极压实密度可以减小内阻，减小极化损失，延长电池循环寿命，提高电池利用率。
压实密度过大，石墨颗粒间隙会变小，负极极片的吸液时间和电池内阻会相应增大。此外，石墨粒子接触更紧密，电子导电性变强，但离子移动通道会受阻，不利于离子的快速迁移，尤其在大电流大倍率下，锂离子嵌入和脱出过程困难，使电极在放电过程中极化增加；压实密度过小，粒子间距离增大，离子通道增多，电解液吸液量增多，有利于离子快速移动，但因粒子间距离过大使粒子间接触几率和接触面积减小，不利于电子导电，甚至会造成石墨颗粒在循环过程中发生脱落，针对高功率油系负极片，优选压实密度为1.25～1.35g/cc。
作为优选，所述的烘烤步骤中负极片水分含量＜500ppm。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
(1)本发明专门针对高功率锂离子动力电池优选出一种水系负极片的的材料配方及配方比例；以纯水/去离子水作为溶剂，用价格低廉的水性粘结剂制备负极极片，解决了有机溶剂易挥发，污染大的问题；
(2)本发明公开了一种更高效，更环保，时间和成本节约型的匀浆制备工艺，解决匀浆过程中的团聚和沉降等问题；
(3)本发明公开了一种高功率电池负极片的涂布参数及碾压密度，进而保证高功率极片的一致性和低内阻，排除极片起皮掉料的风险，实现电池的高功率特性和一致性。
附图说明
图1是本发明中匀浆后的浆料图；
图2是本发明中实际生产涂布后极片表面图；
图3是本发明实际生产碾压后极片表面状态图；
图4是本发明碾压后极片SEM扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。在本发明中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。
总实施例
一种高功率锂离子电池用水系负极片，所述负极片的负极浆料包括负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂和溶剂，所述负极浆料各组分的质量份数为：95～96份负极活性物质、1～1.5份导电剂、1.5～2份粘结剂、1～1.5份增稠剂、130～150份溶剂；所述溶剂为纯水和/或去离子水。
所述的负极活性物质为人造石墨、天然石墨中的一种或几种；所述负极活性物质的粒度为：2μm≤D10≤4μm、5μm≤D50≤8μm、9μm≤D90≤16μm；所述负极活性物质的比表面积为1～2.5m2/g。所述的导电剂为纳米碳纤维材料，所述导电剂比表面积为10-20m2/g。作为优选，所述的粘结剂为丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸和海藻酸钠中的一种或多种，所述粘结剂粘度为100～250mPa·s，固含量为48～51％；所述的增稠剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸和聚丙烯酸钠中的一种或多种，所述增稠剂粘度为2000～2500mPa·s，pH为6.0～8.5。
一种所述负极片的制备方法，包括粘结剂胶液配置、匀浆过程、涂布、碾压、分切和烘烤步骤，其特征在于，所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥；所述粘结剂胶液配置、匀浆过程具体步骤如下：
1)粘结剂胶液配置
(1.1)将粘结剂与溶剂混合，在公转10～15r/min、自转500～1000r/min的搅拌速度下搅拌10～30min；
(1.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上无白色溶液残留；
(1.3)在公转20～25r/min、自转1500～2000r/min的搅拌速度下搅拌150～180min；
(1.4)在公转5～10r/min、自转200～500r/min的搅拌速度下抽真空至真空度≤-92kPa；得到粘结剂胶液；
2)匀浆过程
(2.1)将步骤(1.4)制得的粘结剂胶液和导电剂加入匀浆装置中搅拌混合，搅拌速度为公转10～15r/min、自转500～1000r/min，搅拌时间为10～20min；
(2.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.3)在公转25～35r/min、自转2000～2500r/min的搅拌速度下搅拌90～120min；
(2.4)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.5)加入负极活性物质，搅拌速度为公转10～15r/min、自转500～1000r/min，搅拌时间为15～30min；
(2.6)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.7)在公转25～35r/min、自转2000～2500r/min的搅拌速度下搅拌90～120min；
(2.8)加入溶剂，加入量为溶剂总质量的70～80％，搅拌速度为公转10～15r/min、自转500～1000r/min，搅拌时间为10～20min；
(2.9)加入增稠剂和剩余20～30％溶剂，在公转30～40r/min、自转500～800r/min的搅拌速度下搅拌60～90min；
(2.10)在真空状态、公转10～15r/min、自转500～800r/min的搅拌速度下搅拌15～20min，得到前体浆料；
(2.11)出料：将步骤(2.10)所述前体浆料按顺序依次经过80目单层过滤、100目单层过滤器、200目单层过滤器和300目单层过滤器，得到负极浆料。
所述涂布过程集流体为铜箔，所述铜箔厚度为8～10μm；所述涂布过程干燥温度为70～100℃。所述的碾压步骤中压实密度为1.25g/cc-1.35g/cc。所述的烘烤步骤中负极片水分含量＜500ppm。
所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥，具体参数为：
Figure BDA0003129556700000071
实施例1
一种高功率锂离子电池用水系负极片，所述负极片的负极浆料包括负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂和溶剂，所述负极浆料各组分的质量份数为：95份负极活性物质、1.5份导电剂、2份粘结剂、增稠剂为、1.5份增稠剂和140份溶剂；所述溶剂为去离子水。
所述的负极活性物质为人造石墨；所述负极活性物质的粒度为：D10＝3μm、D50＝6μm、D90≤10μm；所述负极活性物质的比表面积为1.5m2/g。所述的导电剂为纳米碳纤维管，所述导电剂比表面积为15m2/g。所述的粘结剂为丁苯橡胶，粘度为150mPa·s，固含量为50％；所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠，粘度为2500mPa·s，pH为7。
一种所述负极片的制备方法，包括粘结剂胶液配置、匀浆过程、涂布、碾压、分切和烘烤步骤，其特征在于，所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥；所述粘结剂胶液配置、匀浆过程具体步骤如下：
1)粘结剂胶液配置
(1.1)将粘结剂与溶剂混合，在公转12r/min、自转800r/min的搅拌速度下搅拌20min；
(1.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上无白色溶液残留；
(1.3)在公转22r/min、自转1800r/min的搅拌速度下搅拌160min；
(1.4)在公转8r/min、自转400r/min的搅拌速度下抽真空至真空度≤-92kPa；得到粘结剂胶液；
2)匀浆过程
(2.1)将步骤(1.4)制得的粘结剂胶液和导电剂加入匀浆装置中搅拌混合，搅拌速度为公转12r/min、自转800r/min，搅拌时间为150min；
(2.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.3)在公转30r/min、自转2200r/min的搅拌速度下搅拌100min；
(2.4)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.5)加入人造石墨，搅拌速度为公转12r/min、自转800r/min，搅拌时间为20min；
(2.6)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.7)在公转30r/min、自转2200r/min的搅拌速度下搅拌100min；
(2.8)加入去离子水，加入量为溶剂总质量的80％，搅拌速度为公转12r/min、自转800r/min，搅拌时间为15min；
(2.9)加入增稠剂和剩余20％溶剂，在公转35r/min、自转600r/min的搅拌速度下搅拌80min；
(2.10)在真空状态、公转12r/min、自转600r/min的搅拌速度下搅拌18min，得到前体浆料；
(2.11)出料：将步骤(2.10)所述前体浆料按顺序依次经过80目单层过滤、100目单层过滤器、200目单层过滤器和300目单层过滤器，得到负极浆料。
所述涂布过程集流体为铜箔，所述铜箔厚度为9μm；所述涂布过程干燥温度为70～100℃。所述的碾压步骤中压实密度为1.30g/cc。所述的烘烤步骤中负极片水分含量＜500ppm。
所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥，具体参数为：
Figure BDA0003129556700000081
实施例2
一种高功率锂离子电池用水系负极片，所述负极片的负极浆料包括负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂和溶剂，所述负极浆料各组分的质量份数为：96份负极活性物质、1份导电剂、1.5份粘结剂、增稠剂为：1.5份增稠剂、150份溶剂；所述溶剂为纯水。
所述的负极活性物质为天然石墨所述天然石墨的粒度为：D10＝4μm、D50＝8μm、D90＝16μm；所述负极活性物质的比表面积为2.5m2/g。所述的导电剂为纳米碳纤维球，所述导电剂比表面积为20m2/g。作为优选，所述的粘结剂为聚丙烯酸钠，粘度为250mPa·s，固含量为51％；所述的增稠剂为羧甲基纤维素，粘度为2200mPa·s，pH为8.5。
一种所述负极片的制备方法，包括粘结剂胶液配置、匀浆过程、涂布、碾压、分切和烘烤步骤，其特征在于，所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥；所述粘结剂胶液配置、匀浆过程具体步骤如下：
1)粘结剂胶液配置
(1.1)将粘结剂与溶剂混合，在公转15r/min、自转1000r/min的搅拌速度下搅拌10min；
(1.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上无白色溶液残留；
(1.3)在公转25r/min、自转2000r/min的搅拌速度下搅拌150min；
(1.4)在公转10r/min、自转500r/min的搅拌速度下抽真空至真空度≤-92kPa；得到粘结剂胶液；
2)匀浆过程
(2.1)将步骤(1.4)制得的粘结剂胶液和导电剂加入匀浆装置中搅拌混合，搅拌速度为公转15r/min、自转1000r/min，搅拌时间为10min；
(2.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.3)在公转35r/min、自转2500r/min的搅拌速度下搅拌90min；
(2.4)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.5)加入负极活性物质，搅拌速度为公转15r/min、自转1000r/min，搅拌时间为15min；
(2.6)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.7)在公转35r/min、自转2500r/min的搅拌速度下搅拌90min；
(2.8)加入溶剂，加入量为溶剂总质量的75％，搅拌速度为公转15r/min、自转1000r/min，搅拌时间为10min；
(2.9)加入增稠剂和剩余25％溶剂，在公转40r/min、自转800r/min的搅拌速度下搅拌60min；
(2.10)在真空状态、公转15r/min、自转800r/min的搅拌速度下搅拌15min，得到前体浆料；
(2.11)出料：将步骤(2.10)所述前体浆料按顺序依次经过80目单层过滤、100目单层过滤器、200目单层过滤器和300目单层过滤器，得到负极浆料。
所述涂布过程集流体为铜箔，所述铜箔厚度为10μm；所述涂布过程干燥温度为70～100℃。所述的碾压步骤中压实密度为1.35g/cc。所述的烘烤步骤中负极片水分含量＜500ppm。
所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥，具体参数为：
Figure BDA0003129556700000091
实施例3
一种高功率锂离子电池用水系负极片，所述负极片的负极浆料包括负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂和溶剂，所述负极浆料各组分的质量份数为：95～96份负极活性物质、1～1.5份导电剂、1.5～2份粘结剂、增稠剂为：1～1.5份增稠剂、130～150份溶剂；所述溶剂为纯水和/或去离子水。
所述的负极活性物质为人造石墨，所述人造石墨的粒度为：D10＝2μm、D50＝5μm、D90＝9μm；所述人造石墨的比表面积为1m2/g。所述的导电剂为纳米碳纤维管，比表面积为10m2/g。所述的粘结剂为海藻酸钠，粘度为100mPa·s，固含量为48％；所述的增稠剂为聚丙烯酸钠，粘度为2000mPa·s，pH为6.0。
一种所述负极片的制备方法，包括粘结剂胶液配置、匀浆过程、涂布、碾压、分切和烘烤步骤，其特征在于，所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥；所述粘结剂胶液配置、匀浆过程具体步骤如下：
1)粘结剂胶液配置
(1.1)将粘结剂与溶剂混合，在公转10r/min、自转500r/min的搅拌速度下搅拌30min；
(1.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上无白色溶液残留；
(1.3)在公转20r/min、自转1500r/min的搅拌速度下搅拌180min；
(1.4)在公转5r/min、自转200r/min的搅拌速度下抽真空至真空度≤-92kPa；得到粘结剂胶液；
2)匀浆过程
(2.1)将步骤(1.4)制得的粘结剂胶液和导电剂加入匀浆装置中搅拌混合，搅拌速度为公转10r/min、自转500r/min，搅拌时间为20min；
(2.2)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.3)在公转25r/min、自转2000r/min的搅拌速度下搅拌120min；
(2.4)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.5)加入负极活性物质，搅拌速度为公转10r/min、自转500r/min，搅拌时间为30min；
(2.6)刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
(2.7)在公转25r/min、自转2000r/min的搅拌速度下搅拌120min；
(2.8)加入溶剂，加入量为溶剂总质量的70％，搅拌速度为公转10r/min、自转500r/min，搅拌时间为20min；
(2.9)加入增稠剂和剩余30％溶剂，在公转30r/min、自转500r/min的搅拌速度下搅拌90min；
(2.10)在真空状态、公转10r/min、自转500r/min的搅拌速度下搅拌20min，得到前体浆料；
(2.11)出料：将步骤(2.10)所述前体浆料按顺序依次经过80目单层过滤、100目单层过滤器、200目单层过滤器和300目单层过滤器，得到负极浆料。
所述涂布过程集流体为铜箔，所述铜箔厚度为8μm；所述涂布过程干燥温度为70～100℃。所述的碾压步骤中压实密度为1.25g/cc。所述的烘烤步骤中负极片水分含量＜500ppm。
所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥，具体参数为：
Figure BDA0003129556700000101
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的匀浆过程采用常规匀浆工艺，其余原料和工艺均与实施例1相同，常规匀浆工艺具体步骤为：首先称取一定量的溶剂放入行星搅拌机搅拌罐中，加入粘结剂(PVDF)，PVDF与溶剂的质量比为1：28.25，用行星搅拌机先公转，转速10r/min，时间10min后启动自转，转速1000r/min,时间180min，打胶完毕；然后加入导电碳黑和导电石墨，导电碳黑和导电石墨与PVDF的质量比为0.25：0.25：1，先公转，转速20r/min，时间10min后启动自转，转速1500r/min，抽真空至真空度-0.09MPa，时间60min；最后加入人造石墨，人造石墨与PVDF的质量比为23.5：1，先公转，转速25r/min，时间10min后启动自转，转速2000r/min，抽真空至真空度-0.09MPa，时间240min；得到负极浆料。
测试结果：
图1是本发明中匀浆后的浆料图，从图中可以看出，匀浆后浆料分散较好，浆料分散均匀稳定无沉降；图2是本发明中实际生产涂布后极片表面图，从图中可以看出，涂布后负极片状态：表面均匀，无大小不均的颗粒点；图3是本发明实际生产碾压后极片表面状态图，从图中可以看出实际生产碾压后极片表面均匀，无颗粒点；图4是本发明碾压后极片SEM扫描电镜图，SEM图显示极片表面分布均匀。
测试项 黏度 温度 细度均值 固含量
标准 3000±500mPa.s 28±5℃ ≤20um 43±2％
实施例1 2840 30.5 16 42.86％
实施例2 2880 30.7 15 43.34％
实施例3 2680 31.7 16 43.50％
对比例1 4680 30.5 32 48.56％
针对高功率电池，由于要具备较高倍率和大电流充放电性能，要求涂布面密度要低，这需要浆料分散性能要好，浆料里面材料的颗粒度要小且均匀，这对匀浆工艺要求较高，所以对最终浆料的指标要求较严格。主要控制指标：黏度要比常规浆料要低，固含量要比常规浆料要低，细度要控制较低并且分布均匀的范围内，从上表可以看出，与对比例1相比，采用本发明所述匀浆工艺浆料分散性较好，可以达到高功率电池对细度，固含量要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种高功率锂离子电池用水系负极片的制备方法，包括粘结剂胶液配置、匀浆过程、涂布、碾压、分切和烘烤步骤，其特征在于，所述负极片的负极浆料包括负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂和溶剂；所述负极浆料各组分的质量份数为：95~96份负极活性物质、1~1.5份导电剂、1.5~2份粘结剂、1~1.5份增稠剂、130~150份溶剂；所述溶剂为纯水和/或去离子水；所述涂布过程采用逐步升温工艺进行干燥；所述粘结剂胶液配置、匀浆过程具体步骤如下：
1）粘结剂胶液制备
（1.1）将粘结剂与溶剂混合，在公转10~15r/min、自转500~1000 r/min的搅拌速度下搅拌10~30min；
（1.2）刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上无白色溶液残留；
（1.3）在公转20~25r/min、自转1500~2000r/min的搅拌速度下搅拌150~180min；
（1.4）在公转5~10r/min、自转200~500r/min的搅拌速度下抽真空至真空度 ≤ -92kPa；得到粘结剂胶液；
2）匀浆过程
（2.1）将步骤（1.4）制得的粘结剂胶液和导电剂加入匀浆装置中搅拌混合，搅拌速度为公转10~15r/min、自转500~1000 r/min，搅拌时间为10~20min；
（2.2）刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
（2.3）在公转25~35r/min、自转2000~2500r/min的搅拌速度下搅拌90~120min；
（2.4）刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
（2.5）加入负极活性物质，搅拌速度为公转10~15r/min、自转500~1000 r/min，搅拌时间为15~30min；
（2.6）刮壁刮浆：刮下容器壁及搅拌桨上的溶液，保证搅拌桨上浆料残留；
（2.7）在公转25~35r/min、自转2000~2500r/min的搅拌速度下搅拌90~120min；
（2.8）加入溶剂，加入量为剩余溶剂总质量的70~80%，搅拌速度为公转10~15r/min、自转500~1000 r/min，搅拌时间为10~20min；
（2.9）加入增稠剂和剩余溶剂，在公转30~40r/min、自转500~ 800r/min的搅拌速度下搅拌60~90min；
（2.10）在真空状态、公转10~15r/min、自转500~800 r/min的搅拌速度下搅拌15~20min，得到前体浆料；
（2.11）出料：将步骤（2.10）所述前体浆料按顺序依次经过80目单层过滤、100目单层过滤器、200目单层过滤器和300目单层过滤器，得到负极浆料。
2.如权利要求1所述负极片的制备方法，其特征在于，所述的负极活性物质为人造石墨、天然石墨中的一种或几种；所述负极活性物质的粒度为：2μm ≤ D10 ≤4μm、5μm ≤D50 ≤8μm、9μm ≤ D90 ≤16μm；所述负极活性物质的比表面积为1~2.5m2/g。
3.如权利要求1所述负极片的制备方法，其特征在于，所述的导电剂为纳米碳纤维材料，所述导电剂比表面积为10~20m2/g。
4.如权利要求1所述负极片的制备方法，其特征在于，所述的粘结剂为丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸和海藻酸钠中的一种或多种，所述粘结剂粘度为100~250mPa•s，固含量为48~51%。
5.如权利要求1所述负极片的制备方法，其特征在于，所述的增稠剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸和聚丙烯酸钠中的一种或多种，所述增稠剂粘度为2000~2500mPa•s，pH为6.0~8.5。
6.如权利要求1所述负极片的制备方法，其特征在于，所述涂布过程集流体为铜箔，所述铜箔厚度为8~10μm；所述涂布过程干燥温度为70~100℃。
7.如权利要求1所述负极片的制备方法，其特征在于，所述的碾压步骤中压实密度为1.25 ~1.35 g/cc。
8.如权利要求1所述负极片的制备方法，其特征在于，所述的烘烤步骤中负极片水分含量＜500ppm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114243016A (zh) * 2021-11-17 2022-03-25 惠州锂威新能源科技有限公司 一种正极浆料及其制备方法、正极片以及锂离子电池

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103165865A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 襄阳九龙坡青山自然能源研究院 一种锂离子电池电极的水性配方及制备方法
CN106450290A (zh) * 2016-11-15 2017-02-22 保定风帆新能源有限公司 一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆及制备方法
CN107086292A (zh) * 2017-03-27 2017-08-22 湖北猛狮新能源科技有限公司 一种高粘度锂离子电池合浆工艺
CN107785544A (zh) * 2016-10-21 2018-03-09 万向二三股份公司 一种镍钴铝nca三元材料动力锂离子电池
CN109921098A (zh) * 2018-11-20 2019-06-21 万向一二三股份公司 一种水系超级纳米磷酸铁锂电池的制备方法
CN110265648A (zh) * 2019-06-27 2019-09-20 郑州比克电池有限公司 一种软包聚合物锂电池的负极浆料及制备方法
CN110364733A (zh) * 2019-06-05 2019-10-22 江西力能新能源科技有限公司 一种含有导电涂层的锂离子电池负极片
CN112234198A (zh) * 2020-09-15 2021-01-15 深圳市拓邦锂电池有限公司 一种锂离子电池正极浆料及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103165865A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 襄阳九龙坡青山自然能源研究院 一种锂离子电池电极的水性配方及制备方法
CN107785544A (zh) * 2016-10-21 2018-03-09 万向二三股份公司 一种镍钴铝nca三元材料动力锂离子电池
CN106450290A (zh) * 2016-11-15 2017-02-22 保定风帆新能源有限公司 一种可低温充放电宽温域锂离子电池合浆及制备方法
CN107086292A (zh) * 2017-03-27 2017-08-22 湖北猛狮新能源科技有限公司 一种高粘度锂离子电池合浆工艺
CN109921098A (zh) * 2018-11-20 2019-06-21 万向一二三股份公司 一种水系超级纳米磷酸铁锂电池的制备方法
CN110364733A (zh) * 2019-06-05 2019-10-22 江西力能新能源科技有限公司 一种含有导电涂层的锂离子电池负极片
CN110265648A (zh) * 2019-06-27 2019-09-20 郑州比克电池有限公司 一种软包聚合物锂电池的负极浆料及制备方法
CN112234198A (zh) * 2020-09-15 2021-01-15 深圳市拓邦锂电池有限公司 一种锂离子电池正极浆料及其制备方法

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