CN114335423B - 锂离子电池负极浆料及其配料工艺和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极浆料及其配料工艺和应用，其中，该配料工艺为往第一搅拌装置和第二搅拌装置中分别放入等量的负极活性材料、导电剂以及第一粘接剂并进行混合搅拌；将两搅拌装置中的原料混合物与纯净水混合搅拌；将两搅拌装置所得到的浆料混合物完全出料到第三搅拌装置中，并进行分散搅拌；将第三搅拌装置中所得到的负极浆料与第二粘接剂混合搅拌；本发明合理分配第一、第二、第三搅拌装置的工作节点，让第三搅拌装置对浆料混合物进行分散搅拌的同时，也能使第一、第二搅拌装置对负极活性材料、导电剂、第一粘接剂以及纯净水并进行混合搅拌，得到浆料混合物，以为第三装置的分散搅拌提供原料，实现优化配料工序，缩短工艺时间。

Description

锂离子电池负极浆料及其配料工艺和应用

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池负极浆料及其配料工艺和应用。

背景技术

新能源汽车市场的发展，带来了锂离子动力电池的旺盛需求，同时也带来了激烈的行业及产品竞争。锂离子电池生产过程，采用干法匀浆搅拌工艺的整体成本和效率优势明显，行业内都在大力推广使用。

然而，干法匀浆搅拌工艺使用高分子量的粘结剂时，需要更长的时间进行溶解，导致匀浆时间过长，使得干法匀浆搅拌工艺具有优化前景及改进空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池负极浆料及其配料工艺和应用，旨在解决现有技术中的锂离子电池负极浆料的配料时间长的技术问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案有：

本发明提供一种锂离子电池负极浆料的配料工艺，包括：

S10：往第一搅拌装置和第二搅拌装置中分别放入等量的负极活性材料、导电剂以及第一粘接剂并进行混合搅拌，得到原料混合物；

S20：将两搅拌装置中的所述原料混合物与纯净水混合搅拌，得到浆料混合物；

S30：将两搅拌装置所得到的所述浆料混合物完全出料到第三搅拌装置中，并进行分散搅拌，得到负极浆料；

S40：将S30的第三搅拌装置中所得到的负极浆料与第二粘接剂混合搅拌；

S50：将S40的第三搅拌装置中所得到的负极浆料的粘度调节至指定浆料粘度；

S60：将S50所得到的负极浆料进行真空脱泡，慢搅拌出料。

与现有技术相比，本发明合理分配第一、第二、第三搅拌装置的工作节点，让第三搅拌装置对浆料混合物进行分散搅拌的同时，也能使第一、第二搅拌装置对负极活性材料、导电剂、第一粘接剂以及纯净水并进行混合搅拌，得到浆料混合物，以为第三装置的分散搅拌提供原料，实现优化配料工序，缩短工艺时间。

在一种优选实施例中，所述S10与所述S20的公转速度和自转速度的转速参数相同。

在一种优选实施例中，在所述S10中，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数为：公转速度为15～20r/min,自转速度为400～500r/min,搅拌时间为15～30min；在所述S20中，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数为：公转速度为15～20r/min,自转速度为400～500r/min,搅拌时间为140～160min。

在一种优选实施例中，在S20之前具有S15：在所述S15中，所述原料混合物与纯净水进行浸润预搅拌，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的浸润预搅拌参数为：公转速度为15r/min，自转速度为0r/min，搅拌时间为5～10min；其中，所述S10的自转速度随所述S10的搅拌时间的推移而逐渐减少至所述S15中的自转速度为0r/min；所述S20中的自转速度在所述S15预搅拌结束后，随所述S20搅拌时间推移而逐渐增加至所述S20中的自转速度。

在一种优选实施例中，在所述S30中，第三搅拌装置的分散搅拌的搅拌参数为：公转速度为20～25r/min，自转速度为1000r/min，搅拌时间为30～35min；在所述S40中，第三搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数为：公转速度为20～25r/min，自转速度为1000r/min，搅拌时间为10～30min。

在一种优选实施例中，在所述S30之前具有S25：在所述S25中，两搅拌装置所得到的所述浆料混合物混合后，将混合后的浆料混合物划分成n个批次并逐一添加到所述第三搅拌装置中进行预搅拌；其中，n≥3。

在一种优选实施例中，在所述S25中，第三搅拌装置的预搅拌的搅拌参数为：公转速度为20～25r/min，自转速度为0～1000r/min，搅拌时间为10min；其中，自转速度由0r/min随所述S25搅拌时间推移而逐渐增加至所述S30中的自转速度1000r/min。

在一种优选实施例中，在所述S10、所述S20、所述S30、所述S40的搅拌过程中进行真空脱泡处理，相对真空度不大于-90kpa。

本发明还提供一种负极浆料，其采用如上所述的锂离子电池负极浆料的配料工艺制备得到。

本发明还提供一种锂离子电池，其包括如上所述的负极浆料。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是锂离子电池负极浆料的工艺流程图；

图2是锂离子电池负极浆料的S10至S40的工艺流程图。

具体实施方式

为了更好地阐述本发明，下面参照附图对本发明作进一步的详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明提供一种锂离子电池负极浆料及其配料工艺和锂离子电池，该锂离子电池负极浆料的配料工艺创新地采用多搅拌装置配合使用，合理分配第一、第二、第三搅拌装置工作，实现优化配料工序，缩短工艺时间；而使用该配料工艺制作而成的锂离子电池负极浆料品质优良。

具体来说，结合图1和图2所示，本发明提供一种锂离子电池负极浆料的配料工艺，包括：

S10：往第一搅拌装置和第二搅拌装置中分别放入等量的负极活性材料、导电剂以及第一粘接剂并进行混合搅拌，得到原料混合物；

在该步骤S10中，分别往第一搅拌装置和第二搅拌装置中投入负极活性材料、导电剂和第一粘结剂并进行混合搅拌，以便得到原料混合物，本步骤通过一次性投入全部原料，减少了整体加料次数，操作简单。

需要说明的是，对于第一搅拌装置和第二搅拌装置中的各个装置的原料量的多少，可以是第一搅拌装置的原料量等于第二搅拌装置的原料量，也可以是第一搅拌装置的原料量不等于第二搅拌装置的原料量；此处需要根据实际生成而定，但需要考虑的是，第一搅拌装置的原料量与第二搅拌装置的原料量的总和必须小于第三搅拌装置的处理容量(此处所指的处理容量指的是第三搅拌装置的可以进行搅拌的容量)，还需要考虑第一搅拌装置的原料量与第二搅拌装置的原料量的各个原料占比需要相同。

优选地，所述第一搅拌装置的原料量等于第二搅拌装置的原料量。

在一种实施例中，上述搅拌装置并不受特别限制，本领域技术人员可根据实际需要随意选择。优选地，上述搅拌装置可以采用双行星搅拌装置，可保证各粉料混合均匀。优选地，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数为：公转速度为15～20r/min,自转速度为400～500r/min,搅拌时间为15～30min，通过上述搅拌条件可以保证各原料能够得到充分的混合。

在一种实施例中，所述负极活性材料为人造石墨、复合石墨、天然石墨、硅碳的其中一种；所述导电剂为碳纳米管和石墨烯中的其中一种；所述第一粘结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)；上述原料的选择并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，优选地，本发明选择人造石墨、碳纳米管和羧甲基纤维素钠，而且质量比为94.5：1.0：2.25。

S20：将两搅拌装置中的所述原料混合物与纯净水混合搅拌，得到浆料混合物；

在该步骤S20中，将两搅拌装置中的所述原料混合物与纯净水混合搅拌，得到浆料混合物，保证物料混合均匀和第一粘结剂的充分溶解。上述第一搅拌装置和第二搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数为：公转速度为15～20r/min,自转速度为400～500r/min,搅拌时间为140～160min，通过上述搅拌条件可以保证各原料的均匀分散，便于第一粘结剂的溶解。

优选地，所述步骤S10中的第一搅拌装置和第二搅拌装置与所述步骤S20的第一搅拌装置和第二搅拌装置的公转速度和自转速度的转速参数相同，通过设定相同的公转速度和自转速度，能够简易化操作，使得操作傻瓜化，避免操作人员记忆多个搅拌参数而导致的搅拌参数设置错误而引起的质量问题。

需要说明的是，经过多次的实验和测试，发明人总结得出，在该步骤S20中，随着搅拌时间加长，团聚体被打开分散均匀粘度下降，此时自转速度不能超过500r/min，否则不利于第一粘结剂的溶解，同时保证本步骤S20的搅拌时间不小于140min。发明人发现，如果自转分散速度超过500r/min或者运行时间小于140min都不利于第一粘结剂的溶解和悬浮，导致浆料过筛困难和沉降。如果运行时间超过160min，导致效率低下且易造成第一粘结剂过剪切。将公转速度控制在15～20r/min的范围内，可以保证搅拌均匀。

由于涉及到步骤S10和步骤S20共用相同的公转速度和自转速度，当自转速度超过500r/min时，步骤S10则有机率出现原料结构受损的情况发生，为此发明人在保证负极浆料品质的前提下，将在所述步骤S10中的所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数设定为：公转速度为15～20r/min,自转速度为400～500r/min,搅拌时间为15～30min；而在所述步骤S20中的所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数设定为：公转速度为15～20r/min,自转速度为400～500r/min,搅拌时间为140～160min。

优选地，在所述步骤S20之前具有步骤S15：在所述步骤S15中，所述原料混合物与纯净水进行浸润预搅拌，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的浸润预搅拌参数为：公转速度为15r/min，自转速度为0r/min，搅拌时间为5～10min；在所述步骤S15中，低转速公转、短时间运行，为原料浸润，防止后续步骤高转速自转造成原料飞溅，而且还能增强固体与液体的吸附力，液体可以浸湿固体，将气体挤出。

进一步地，对步骤S20进行真空脱泡处理，相对真空度不大于-90kpa，有利于排走气泡，提高浸润效果，避免后续的负极浆料产生气泡。

优选地，所述步骤S10的自转速度随所述步骤S10的搅拌时间的推移而逐渐减少至所述S15中的自转速度为0r/min，通过将自转速度降至0r/min，有利于在浸润预搅拌时防止高转速自转造成原料飞溅，便于出料后对第一、第二搅拌装置的清洗；所述S20中的自转速度在所述S15预搅拌结束后，随所述S20搅拌时间推移而逐渐增加至所述S20中的自转速度。

经过多次的实验和测试，发明人总结得出，步骤S20开始时浆料较粘稠，搅拌时团聚体相互之间的剪切力大，有利于物料的均匀分散，而随着搅拌时间推移，团聚体被打开分散均匀粘度下降，若此时的自转速度过快，则会影响第一粘结剂的溶解。为此，通过在所述步骤S15预搅拌结束后，所述步骤S20的自转速度为0，但随所述步骤S20搅拌时间推移而逐渐增加至所述S20中的自转速度，有助于借助开始状态时的团聚体的高剪切力，而且避免剪切力过大而伤害原料结构，利于原料的均匀分散。

S30：将两搅拌装置所得到的所述浆料混合物完全出料到第三搅拌装置中，并进行分散搅拌，得到负极浆料；

在所述步骤S30中，通过对未打开的团聚体进行高速度的自转分散，以便得到分散均匀，细度合适的负极浆料。与此同时，由于步骤S30和步骤S10、步骤S20不是使用同一搅拌装置进行工作，为此，当所述第三搅拌装置进行分散搅拌时，所述第一、第二搅拌装置可以进入清洁工序，并在清洁结束后进入新一批次的S10和S20处理。

优选地，在所述步骤S30之前具有步骤S25：在所述步骤S25中，两搅拌装置所得到的所述浆料混合物混合后，将混合后的浆料混合物划分成n个批次并逐一添加到所述第三搅拌装置中进行预搅拌；其中，n≥3。本发明通过第三搅拌装置的预搅拌，实现第一搅拌装置中的原料与第二搅拌装置中的原料的混合，通过分成n个批次的逐一添加，以便更好地混合第一搅拌装置中的原料与第二搅拌装置中的原料的混合，为后续步骤S30的高速度自转分散打开团聚体作准备。

优选地，在所述S25中，第三搅拌装置的预搅拌的搅拌参数为：公转速度为20～25r/min，自转速度为0～1000r/min，搅拌时间为10min；其中，自转速度由0r/min随所述S25搅拌时间推移而逐渐增加至所述S30中的自转速度1000r/min

S40：将S30的第三搅拌装置中所得到的负极浆料与第二粘接剂混合搅拌；

在该步骤中，将负极浆料与第二粘结剂混合搅拌，保证搅拌均匀，又不破坏第二粘结剂，而且生产效率高。其中，所述第二粘接剂为丁苯橡胶(SBR)。

优选地，在所述S30中，第三搅拌装置的分散搅拌的搅拌参数为：公转速度为20～25r/min，自转速度为1000r/min，搅拌时间为30～35min；在所述S40中，第三搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数为：公转速度为20～25r/min，自转速度为1000r/min，搅拌时间为10～30min。所述步骤S30中的第三搅拌装置与所述步骤S40的第三搅拌装置的公转速度和自转速度的转速参数相同，通过设定相同的公转速度和自转速度，能够简易化操作，使得操作傻瓜化，避免操作人员记忆多个搅拌参数而导致的搅拌参数设置错误而引起的质量问题。

由于步骤S10、S15、S20的总搅拌时间长达160～200min，而S30、S40的总搅拌时间长达40～65min；优选地，通过2组第一搅拌装置和第二搅拌装置对应1组第三搅拌装置配合使用的方式，能够最大限度地利用三台搅拌装置，实现装置的配合使用，提高工艺效率。

具体地，2组第一搅拌装置和第二搅拌装置按80～105min的间隔进料搅拌，当第1组第一搅拌装置和第二搅拌装置搅拌结束后，浆料混合物完全出料到第三搅拌装置中进行搅拌，并对第1组第一搅拌装置和第二搅拌装置进行清洗，以便下一轮的S10和S20搅拌；此时，第2组第一搅拌装置和第二搅拌装置距离结束还有80～105min；

而当第三搅拌装置完成S30和S40后，第三搅拌装置中的负极浆料将会进行测定浆料粘度，并将浆料粘度调节至指定浆料粘度(即步骤S50：将S40的第三搅拌装置中所得到的负极浆料的粘度调节至指定浆料粘度)，此时S50需要耗时15～20min，当浆料粘度符合后将会对负极浆料进行真空脱泡，慢搅拌出料，此时S60需要耗时20min，整耗时时间为75～80min；对出料完成后进行设备清洗即可进行第2组第一搅拌装置和第二搅拌装置的浆料混合物分散搅拌。

与现有技术相比，本发明合理分配第一、第二、第三搅拌装置的工作节点，让第三搅拌装置对浆料混合物进行分散搅拌的同时，也能使第一、第二搅拌装置对负极活性材料、导电剂、第一粘接剂以及纯净水并进行混合搅拌，得到浆料混合物，以为第三装置的分散搅拌提供原料，实现优化配料工序，缩短工艺时间。

优选地，在所述S10、所述S20、所述S30、所述S40的搅拌过程中进行真空脱泡处理，相对真空度不大于-90kpa，通过真空脱泡处理，避免后续的负极浆料产生气泡。

本发明还提供一种负极浆料，其采用如上所述的锂离子电池负极浆料的配料工艺制备得到。本发明的所述负极浆料是采用以上实施例所述的方法制备得到的。由此，该负极浆料品质优良，不会出现浆料过筛困难、沉降、浆料表面张力大等问题。

本发明还提供一种锂离子电池，其包括如上所述的负极浆料。由此，提高了锂离子电池的比容量和循环稳定性。

本发明具体实施例为：

原料投入：人造石墨、碳纳米管和羧甲基纤维素钠按质量比为94.5：1.0：2.25进行添加，按顺序依次投入到第一搅拌装置和第二搅拌装置中，每次投入后平铺；

预混粉料：开启第一搅拌装置和第二搅拌装置，公转速度为15r/min,自转速度为500r/min,搅拌时间15min；

纯净水浸润：投入纯净水进行浸润，第一搅拌装置和第二搅拌装置，公转速度为15r/min，自转速度为0r/min，搅拌时间为5min；

溶解搅拌：第一搅拌装置和第二搅拌装置继续以公转速度为15r/min运行，自转速度由0r/min逐渐增加至500r/min,搅拌时间为140min；

浆料混合：第一搅拌装置和第二搅拌装置中的浆料混合物混合后，将混合后的浆料混合物划分成n个批次并逐一添加到所述第三搅拌装置中，开启第三搅拌装置，公转速度为20r/min，自转速度为0r/min，搅拌时间为10min，并在10min内将n个批次添加完成且自转速度升为1000r/min；

分散搅拌：第三搅拌装置公转速度20r/min，自转速度1000r/min，搅拌时间30min。

液体投料：投入质量比例2.25的丁苯橡胶(质量百分比浓度为40％)，第三搅拌装置公转速度20r/min，自转速度1000r/min，搅拌时间10min。

粘度调节：对负极浆料进行粘度测试并调节至指定粘度

抽真空和稳定：第三搅拌装置公转并反转10r/min，运行时间10min，并在此过程中进行真空吸泡，结束后慢搅拌出料，运行时间10min。

采用上述配料工艺制得的负极浆料品质优良，不会出现浆料过筛困难、沉降、浆料表面张力大等问题。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种锂离子电池负极浆料的配料工艺，其特征在于，包括：

S10：往第一搅拌装置和第二搅拌装置中分别放入等量的负极活性材料、导电剂以及第一粘接剂并进行混合搅拌，得到原料混合物；

S20：将两搅拌装置中的所述原料混合物与纯净水混合搅拌，得到浆料混合物；

S25：两搅拌装置所得到的所述浆料混合物混合后，将混合后的浆料混合物划分成n个批次并逐一添加到第三搅拌装置中进行预搅拌；其中，n≥3；

S30：将两搅拌装置所得到的所述浆料混合物完全出料到第三搅拌装置中，并进行分散搅拌，得到负极浆料；

S40：将S30的第三搅拌装置中所得到的负极浆料与第二粘接剂混合搅拌；

S50：将S40的第三搅拌装置中所得到的负极浆料的粘度调节至指定浆料粘度；

S60：将S50所得到的负极浆料进行真空脱泡，慢搅拌出料。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的配料工艺，其特征在于：

所述S10与所述S20的公转速度和自转速度的转速参数相同。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池负极浆料的配料工艺，其特征在于：

在所述S10中，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数为：公转速度为15～20r/min,自转速度为400～500r/min,搅拌时间为15～30min；在所述S20中，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数为：公转速度为15～20r/min,自转速度为400～500r/min,搅拌时间为140～160min。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池负极浆料的配料工艺，其特征在于，在S20之前具有S15：

在所述S15中，所述原料混合物与纯净水进行浸润预搅拌，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置的浸润预搅拌参数为：公转速度为15r/min，自转速度为0r/min，搅拌时间为5～10min；

其中，所述S10的自转速度随所述S10的搅拌时间的推移而逐渐减少至所述S15中的自转速度为0r/min。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的配料工艺，其特征在于：

在所述S30中，第三搅拌装置的分散搅拌的搅拌参数为：公转速度为20～25r/min，自转速度为1000r/min，搅拌时间为30～35min；

在所述S40中，第三搅拌装置的混合搅拌的搅拌参数为：公转速度为20～25r/min，自转速度为1000r/min，搅拌时间为10～30min。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的配料工艺，其特征在于：

在所述S25中，第三搅拌装置的预搅拌的搅拌参数为：公转速度为20～25r/min，自转速度为0～1000r/min，搅拌时间为10min；其中，自转速度由0r/min随所述S25搅拌时间推移而逐渐增加至所述S30中的自转速度1000r/min。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的配料工艺，其特征在于：

在所述S10、所述S20、所述S30、所述S40的搅拌过程中进行真空脱泡处理，相对真空度不大于-90kpa。

8.一种负极浆料，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的锂离子电池负极浆料的配料工艺制备得到。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的负极浆料。

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