CN115036467B - 锂离子电池负极匀浆工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂电池制备领域，具体涉及一种锂离子电池负极匀浆工艺，包括下述步骤：(1)将CMC胶液和线类导电剂浆料充分混合；(2)将硅材料加入到混合浆料；(3)将颗粒类导电剂粉末加入到混合浆料进行搅拌；(4)先将部分石墨加入到双行星式匀浆机中与混合浆料进行短时间快速搅拌，后加入剩余的石墨再进行短时间快速搅拌，之后进行长时间快速搅拌；(5)将丁苯橡胶加入到步骤(4)制得的混合浆料中得到最终浆料。本工艺采用湿法工艺，利于导电剂实现均匀分散，提升导电性，减少了硅颗粒与石墨混合分散时发生的团聚现象，制得的浆料稳定性好，加工性能良好。

Description

锂离子电池负极匀浆工艺
技术领域
本发明属于锂电池制备领域，具体涉及一种锂离子电池负极匀浆工艺。
背景技术
锂离子电池自问世以来，因其较高的比能量、优异的循环性能、绿色环保等优势，已被应用于众多领域，如电子产品、电动汽车、无人机、5G基站等。随着锂离子电池及相关产业的发展，人们对于锂离子电池的容量和能量密度的追求越来越高。从负极材料的角度来看，传统石墨材料的自身性质限制了其对负极容量的提升，需要加入比能量更高的硅材料来提升负极容量。然而硅负极的缺点是导电性差，因此需要加入多种类导电剂来提升负极的导电性能。多种材料的混合提升了电极浆料匀浆的难度。大部分工艺采用硅与石墨同时分散的方法，由于硅的颗粒小于石墨，匀浆过程中容易发生团聚现象，对电池性能产生影响，因此有效的负极分散匀浆工艺至关重要。
目前锂离子电池使用的导电剂大多是提前分散好的导电剂浆料。常规的石墨负极只包含两种或以下的导电剂，企业多采用干法匀浆，并且对于含有硅的负极仍然沿用干法工艺，即首先将硅与石墨进行混合，再添加导电剂和溶剂。然而对于硅含量较高的锂离子电池负极来说，干法工艺无法有效分散各材料，硅颗粒可能会发生团聚。
现有技术中CN112952029A公开了一种硅氧碳锂离子电池复合负极浆料及其制备方法以及由其制备得到的锂离子电池负极，工艺属于干法工艺，部分导电剂与石墨进行混合，采用的是超声分散及喷雾方式分散，难度及成本都较高，不利于在实际生产中进行大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种锂离子电池负极匀浆工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种锂离子电池负极匀浆工艺，包括下述步骤：
(1)将CMC胶液和线类导电剂浆料加入到双行星式匀浆机中进行搅拌，慢速搅拌和快速搅拌同时进行，使二者充分混合；
(2)将硅材料加入到双行星式匀浆机中与步骤(1)得到的混合浆料进行搅拌，先进行慢速搅拌后进行长时间快速搅拌，可先使硅材料颗粒与线类导电剂均匀地结合；
(3)将颗粒类导电剂粉末加入到双行星式匀浆机中与步骤(2)得到的混合浆料进行搅拌，先进行慢速搅拌后进行快速搅拌，使颗粒类导电剂粉末均匀分散到整个浆料体系中，同时也分散到硅颗粒与线类导电剂表面；
(4)先将部分石墨加入到双行星式匀浆机中与步骤(3)得到的混合浆料进行短时间快速搅拌，后加入剩余的石墨再进行短时间快速搅拌，之后进行长时间快速搅拌；
(5)将丁苯橡胶加入到步骤(4)制得的混合浆料中，进行慢速搅拌，得到最终浆料。
所述的颗粒类导电剂为固体粉末类导电剂；所述的线类导电剂浆料固含量为0.1％-2％。
所述的线类导电剂为碳纳米管；所述的颗粒类导电剂为Ecp、Super P、Super S、乙炔黑或科琴黑中的一种或几种。线类导电剂与颗粒类导电剂的比例为1-20:1。
所述的石墨、硅材料、导电剂、CMC胶液、丁苯橡胶用量比例为：100:15-25:3-5：1-1.5:1.5-2.5；
所述的石墨为二次颗粒石墨，两次加入的量分别为总用量的90％以及10％；所述的CMC胶液需提前制备好，固含量为0.8％-2％；
所述步骤(1)中的慢速搅拌的转速为5-500rpm，快速搅拌的转速为500-5000rpm，搅拌时间为25-40min。
所述步骤(2)中的慢速搅拌的转速为5-500rpm，搅拌时间为10-20min，快速搅拌的转速为2000-5000rpm，搅拌时间为40-70min；
所述步骤(3)中的慢速搅拌的转速为5-500rpm，搅拌时间为10-20min，快速搅拌的转速为2000-5000rpm，搅拌时间为30-40min。
所述步骤(4)中的两次快速搅拌的转速均为500-5000rpm，短时间快速搅拌时间为10-20min，长时间快速搅拌时间为60-90min。
所述步骤(5)中同时进行的慢速搅拌转速为20-40rpm，搅拌时间为10-20min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本工艺采用湿法工艺，选用锂离子电池量产中常用的材料，基于CMC/SBR体系，将线类导电剂与颗粒类导电剂分开加入，第一步加入线类导电剂，之后加入硅以实现硅的先行分散，然后加入颗粒类导电剂，最后加入石墨进行分散，利于导电剂实现均匀分散，提升导电性，减少了硅颗粒与石墨混合分散时发生的团聚现象，制得的浆料稳定性好，加工性能良好。通过对制得的电池进行测试，表明在高硅含量电池中该匀浆工艺可显著提升电池的性能。
附图说明
图1为对比例和实施示例1本发明工艺制成的极片SEM图；
图2为对比例和实施示例1本发明工艺制成的电池DCIR对比图；
图3为对比例和实施示例1本发明工艺制成的电池循环性能对比图；
图4为对比例和实施示例1本发明工艺制成的电池不同温度放电对比图；
图5为对比例和实施示例1本发明工艺制成的电池不同倍率放电对比图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例：一种提升电池性能的锂离子电池负极匀浆工艺，适用于高含量硅的负极体系，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将CMC胶液(需提前制备好，固含量为0.8％-2％；)和线类导电剂浆料加入到双行星式匀浆机中进行搅拌，慢速搅拌5-500rpm和快速搅拌500-5000rpm同时进行，搅拌时间为25-40min；
(2)将硅材料加入到双行星式匀浆机中与步骤(1)的得到的混合浆料进行搅拌，先进行慢速搅拌5-500rpm，搅拌时间为10-20min，后进行快速搅拌2000-5000rpm，搅拌时间为40-70min，可先使硅材料颗粒与线类导电剂均匀地相结合；
(3)将颗粒类导电剂粉末加入到双行星式匀浆机中与步骤(2)得到的混合浆料进行搅拌，先进行慢速搅拌5-500rpm，搅拌时间为10-20min，后进行快速搅拌2000-5000rpm，搅拌时间为30-40min，使颗粒类导电剂粉末均匀分散到整个浆料体系中；
(4)先将部分用量的二次颗粒石墨加入到双行星式匀浆机中与步骤(4)得到的混合浆料进行快速搅拌500-5000rpm，搅拌时间为10-20min，后加入剩余的石墨再进行快速搅拌500-5000rpm，搅拌时间为60-90min；两次加入的量分别为质量总用量的90％以及10％；
(5)将丁苯橡胶加入到步骤(4)制得的混合浆料中，进行慢速搅拌20-40rpm，搅拌时间为10-20min，得到最终浆料。
其中，各物质的用量比例为：石墨、硅材料、导电剂、CMC胶液、丁苯橡胶100:15-25:3-5:1-1.5:1.5-2.5。线类导电剂与颗粒类导电剂的比例为1-20:1。结果表明，该发明工艺相对于传统的实施工艺(对比例)，能提高电池的性能。
其中，本实施例中具体使用的石墨、硅材料、导电剂、CMC胶液、丁苯橡胶的质量比为100:20:4:1.5:2；线类导电剂碳纳米管与颗粒类导电剂乙炔黑的比例为10:1；本申请中的搅拌时间以及搅拌速度不做额外的限定，只要满足材料混合均匀即可。
对比例：一种锂离子电池负极匀浆工艺，包括以下步骤：
(1)将CMC胶液和线类导电剂浆料加入到双行星式匀浆机中进行搅拌，慢速搅拌5-500rpm和快速搅拌500-5000rpm同时进行；
(2)将颗粒类导电剂粉末加入到双行星式匀浆机中与步骤(1)得到的混合浆料进行搅拌，先进行慢速搅拌5-500rpm，搅拌时间为10-20min，后进行快速搅拌2000-5000rpm，搅拌时间为30-40min；
(3)将硅材料、二次颗粒石墨加入到双行星式匀浆机中与步骤(2)得到的混合浆料进行快速搅拌500-5000rpm，搅拌时间为60-90min。两次加入的量分别为质量总用量的90％以及10％；
(4)将丁苯橡胶加入到步骤(3)制得的混合浆料中，进行慢速搅拌20-40rpm，搅拌时间为10-20min，得到最终浆料。
对比例中的石墨、硅材料、导电剂、CMC胶液、丁苯橡胶的用量以及线类导电剂碳纳米管与颗粒类导电剂比例均有实施例1相同。
测试分析：如图1所示，对比例所得浆料制成的极片与实施例得到的浆料制成的极片一起进行截面SEM测试，对比硅的分散情况，使用传统工艺的对比例的硅颗粒的分散不均匀(红圈处)，而实施例所得极片中的硅颗粒分散明显更为均匀，本发明所述工艺提升了硅材料在石墨中的分散性。两种工艺制得的浆料所制备的电池的DCIR测试结果对比如图2所示，可以发现本发明工艺制备的电池的DCIR相比传统工艺的DCIR在15％至100％SOC态的范围内均降低了。两种工艺获得的浆料制得的电池的循环性能如图3，本发明工艺提升了电池循环性能，循环后期实施例的容量保持率比对比例高6％左右。两种工艺获得的浆料制得的电池的不同温度放电性能如图4所示，本发明工艺提升了电池的高低温放电性能。图5为传统工艺和实施示例1本发明工艺制成的电池不同倍率放电对比图，本发明工艺提升了电池的不同倍率放电性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池负极匀浆工艺，其特征在于，包括下述步骤：
（1）将CMC胶液和线类导电剂浆料加入到双行星式匀浆机中进行搅拌，慢速5-500rpm搅拌和快速500-5000rpm搅拌同时进行，搅拌时间为25-40min，使二者充分混合；
（2）将硅材料加入到双行星式匀浆机中与步骤(1)得到的混合浆料进行搅拌，先进行慢速5-500rpm搅拌10-20min；后进行长时间快速2000-5000rpm搅拌40-70min，先使硅材料颗粒与线类导电剂均匀地结合；
（3）将颗粒类导电剂粉末加入到双行星式匀浆机中与步骤(2)得到的混合浆料进行搅拌，先进行慢速5-500rpm搅拌10-20min后进行快速2000-5000rpm搅拌30-40min，使颗粒类导电剂粉末均匀分散到整个浆料体系中，同时也分散到硅颗粒与线类导电剂表面；
（4）先将部分用量的二次颗粒石墨加入到双行星式匀浆机中与步骤(3)得到的混合浆料进行快速500-5000rpm搅拌，搅拌时间为10-20min，后加入剩余的石墨再进行快速500-5000rpm搅拌，搅拌时间为60-90min；两次加入的量分别为质量总用量的90％以及10％；
（5）将丁苯橡胶加入到步骤(4)制得的混合浆料中，进行慢速20-40rpm搅拌10-20min，得到最终浆料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极匀浆工艺，其特征在于，所述的颗粒类导电剂为固体粉末类导电剂；所述的线类导电剂浆料，固含量为0.1%-2%。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极匀浆工艺，其特征在于，所述的线类导电剂为碳纳米管；所述的颗粒类导电剂为Ecp 、Super P、Super S、乙炔黑或科琴黑中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极匀浆工艺，其特征在于，所述的线类导电剂与颗粒类导电剂的比例为1-20:1。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极匀浆工艺，其特征在于，所述的石墨、硅材料、导电剂、CMC胶液、丁苯橡胶用量比例为：100:15-25:3-5:1-1.5:1.5-2.5；所述的CMC胶液需提前制备好，固含量为0.8%-2%。
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