CN115566179A - 一种高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料及其制备方法,该硅基负极复合浆料包括硅基主材、树脂类粘结剂、SBR类粘结剂、CMC粉体粘结剂、颗粒状导电剂、线状导电剂、液体导电剂、分散剂、溶剂等组分。在合浆过程中,本发明针对硅体系不易捏合抱团开发出适宜的制备方法,通过逐步提高浆料固含量的方法实现硅基主材的抱团捏合,所制备的浆料稳定性极好,不易沉降,所得复合浆料中主材颗粒和导电剂分散均匀,可形成稳定的三维导电网络,膜片电阻率低,为电子导通提供了良好的路径,在高膨胀率的硅基负极体系中极具应用价值;此外,本发明提供的制备方法,工艺简单,无需复杂的机械设备,可批量化生产,具有良好的工业应用前景。

Description

一种高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池浆料制备工艺领域,具体涉及一种高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料及其制备方法。
背景技术
目前,石墨类材料作为商用锂离子电池的主流负极材料,其理论克容量为372mAh/g,行业内做的较高的人造石墨,实际克容量发挥也仅有340~355mAh/g,发展潜力已经达到瓶颈,已经无法应对锂离子电池对小体积、高能量密度的需求。在诸多的负极材料中,Si和SiOx负极具有极高的储锂容量(纯Si理论4200mAh/g)和丰富的资源,SiOx的克容量也能达到1400~1500mAh/g的高容量,是替代石墨作为下一代锂离子电池负极最具竞争力的材料。
然而,硅基负极较高膨胀收缩系数使得其在脱嵌锂循环过程中不断粉化,使得材料的整体结构遭到破坏,不断消耗活性锂,循环性能衰减较快,这限制了其大规模的应用。因此,大量研究人员致力于Si基材料的结构设计和合成,多是基于抑制Si材料膨胀出发,利用纳米材料的小体积效应,当Si颗粒粒径小于150nm时,其不易发生膨胀开裂,从而能大幅度提高其循环性能,但是基于纳米尺寸的Si/SiOx,其加工性能是很难达到商业需求的,所以目前商业应用的Si/SiOx普遍为微米级的。
此外,目前商业用的负极均为掺Si石墨材料,其浆料分散工艺也是基于石墨CMC/SBR或PAA硅碳体系,基本可沿袭石墨的制浆工艺;然而对于纯Si/SiOx负极体系,其制备浆料的难点在于:①Si/SiOx相比于石墨,柔性差且颗粒较小,表面能高,团聚体不易分散均匀;②本身低的导电性,导致电阻率偏高,因此需要使用大量的导电剂,导电剂的分散又成为难点;③由于没有石墨的加持,纯Si/SiOx体系膨胀高,需要高比例的高分子粘结剂,粘结剂的含量提高对主材颗粒的分散不利,且浆料粘度高,固含量低,易形成胶团和胶粒,影响涂布界面。因此,针对纯Si/SiOx体系的制浆工艺存在许多应用难点。
目前,大量专利和文献中报道的合浆工艺均为石墨CMC/SBR或PAA硅碳体系,粘结剂含量低,浆料固含量高,合浆工艺制备的浆料稳定性差,容易出现沉降,流变异常等情况;此外,纯硅负极合浆过程中很难形成类似于石墨的抱团捏合情况,这对干粉的浸湿、分散极为不利,而电极浆料的制备的质量好坏又直影响到电极片的性能,针对纯Si/SiOx负极体系更是如此。如何解决纯Si/SiOx负极体系的制浆难点是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料,该浆料涂布后期加工性能好,涂布面密度均匀,同时提升硅基高能量密度锂离子电池倍率和循环性能。
本发明的目的之二在于提供上述硅基负极复合浆料的制备方法,在合浆过程中,本发明通过逐步提高浆料固含量的方法实现纯硅负极的抱团捏合,用以改善纯Si/SiOx负极制浆分散问题,得到稳定、流变正常的负极浆料,这有利于发挥纯Si/SiOx活性物质的高容量特性。针对高导电剂、粘结剂含量的制浆难点给出了具体的工艺方法,本方法适用于任何微米级Si及SiOx材料体系。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料,所述硅基负极复合浆料按照重量百分比计包括以下组分:硅基主材21.0%~28.5%,树脂类粘结剂30%~45%,SBR类粘结剂0.5%~2%,CMC粉体粘结剂1.5%~2%,颗粒状导电剂0.5%~1.0%,线状导电剂1.0%~1.5%,液体导电剂25%~35%,分散剂0.5%~2.0%,溶剂5%~20.0%,上述组分混合总重量为100%。优选的,所述硅基主材包括Si、SiOx中的至少一种;所述颗粒状导电剂包括Super P Li、乙炔黑、LITX 300、炭黑(科琴黑carbon ECP600JD)中的至少一种;所述线状导电剂包括碳纳米管粉体、VGCF、碳纳米管导电浆料中的至少一种;所述液体导电剂包括石墨烯导电浆料、碳纳米管导电浆料中的至少一种;所述分散剂包括1-3丁二醇、EC、PC、异丙醇中的至少一种。
上述所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:按硅基主材总质量的91%~96%称取硅基主材,然后将其与颗粒状导电剂加入双行星式搅拌罐中,开启公转,关闭分散轴,搅拌均匀,得到混合粉体。优选的,公转转速为20~40rpm,期间避免开启真空,保持常压。
步骤二:取CMC粉体粘结剂加入去离子水中,高速分散制成CMC粘结剂胶液,然后按比例加入树脂类粘结剂,随后在真空下高速分散制得混合胶液。优选的,所述CMC粘结剂胶液的固含量为0.5~1.2%,粘度为3000~9000mpas;所述树脂类粘结剂的固含量为8-10%;所述CMC粘结剂胶液和树脂类粘结剂的质量比为1:3~1:5。
步骤三:在步骤二中的混合胶液中加入线状导电剂,随后充分高速分散,并测试该复合导电粘结剂浆料细度,直至细度≤5μm,得到复合导电粘结剂浆料,待用。优选的,公转转速为60~80rpm,分散转速为3500~4500rpm,真空度<-90kPa,复合导电粘结剂浆料的粘度控制在6000~9000mpas,固含量为5%~8%。
步骤四:将步骤三中的复合导电粘结剂浆料一次性加入步骤一中的混合粉体中,调整固含量为60%左右,搅拌、分散一段时间至浆料成流动性较好的糊状浆料;随后将剩余的部分硅基主材均匀的加入至糊状浆料中,边加入边搅拌,调整固含量为68%左右,合缸搅拌、分散一段时间至浆料成很粘稠的糊状浆料,此时浆料未形成完全抱团的情况;最后继续向粘稠的糊状浆料中加入剩余的硅基主材,边加入边搅拌,调整固含量为72-74%,合缸搅拌一段时间,稍作刮壁,此时可形成类似于面团的状态,继续打开搅拌、低速分散,进行充分捏合、浸湿一段时间,得到面团状物料。优选的,公转转速均为20~40rpm,刮壁次数>2次,刮壁后公转转速40~60rpm,分散转速2500~3500rpm,真空度<-90kPa。
步骤五:将液体导电剂、分散剂、去离子水加入步骤四中的面团状物料中,对浆料进行稀释的同时高速搅拌、分散,稀释至固含量至27~33%,继续加入SBR类粘结剂,公转搅拌均匀,控制浆料粘度、固含量、细度,随后真空低速公转消泡,过200目筛网,得到目标浆料。优选的,公转转速20~40rpm,分散转速500~1500rpm,真空度<-90kPa,消泡时间3~6h,浆料粘度控制在2500~4500mpas,固含量25.5%~31.5%,细度<10μm。
本发明产生的有益效果如下:
(1)基于业内对高能量密度锂离子电池需求,提供了一种纯Si/SiOx负极的合浆工艺及浆料,针对纯硅体系的高导电剂、高粘结剂比例不易分散,以及低固含量容易沉降的特性,提高了主材和导电剂分散性,且浆料稳定性好不易沉降,长时间静置也未出现粘度和流变异常的情况,稳定性好;传统的石墨形成捏合抱团需要一步加入粉体和液体,这是基于石墨表面特性属于油性表面,合浆过程中容易通过溶剂的加入量来控制固含量,因此粉体一步加入后,通过判断是否形成捏合抱团的状态来补充溶剂即可控制捏合固含量,基本上是从高固含量向低固含量调整,完全不需要分布调整固含量;而硅基主材(Si或SiOx)由于硅负极表面极性大,容易吸附粘结剂液体,且成团之后的胶团粘性大,很容易黏附在搅拌轴和缸体上,本身内聚力不足以使得其自发抱团,当开始固含量高时,有干料的出现,因不会自发抱团导致干料形成死区,干料处在搅拌过程中一直未接触到分散轴,导致分散不均匀,因此传统的固含量从高至低的调整方法很容易使得硅基主材形成大块干料,干料在继续补充液体的情况下也无法抱团,导致浆料分散差,细度高,涂布划痕多;本发明首次使用反向梯度递增提高固含量的方法实现纯硅负极的抱团捏合,使得硅负极充分浸湿捏合分散均匀,涂布面密度可低于100g/m2,实现高克容量低面密度的涂布需求,涂布极片粘结力高,不易掉料,且阻抗低,该浆料涂布制备的膜片可应用于能量密度大于400Wh/Kg软包电池上。
(2)本发明中提供的硅基负极复合浆料中含有颗粒状导电剂、线状导电剂和液体导电剂等多种导电剂,其中颗粒状导电剂和线状导电剂能够形成三维导电网络,均匀的包覆在硅基主材表面,无团聚,这为提升材料容量发挥以及循环性能提供了很大帮助;另外由于硅基负极复合浆料中粘结剂比例高,导致膜片电阻率相比于传统石墨会偏高,同时也会影响Li扩散,本发明提供的高度分散的导电剂能够抑制粘结剂比例高引起的电阻率较高的情况。
(3)弥补了目前业内针对纯硅体系负极制浆的空白,且制浆过程简单、易操作,传统的双行星式搅拌机即可满足制浆,与传统的石墨、硅碳制浆相比,不需要对设备做新的改动,可批量化生产,具有极好的工业应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的极片的SEM图;
图2为各实施例和对比例制得的复合浆料的稳定性测试结果汇总图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
此外,以下实施例中的制备过程中如无特别说明的,均为本领域现有技术中的常规手段,因此,不再详细赘述;实施例中采用的混合设备为双行星合浆设备,“公转转速”是指公转轴的转速,分散转速是指分散轴的转速。
以下实施例和对比例中采用的部分原料信息具体如下:树脂类粘结剂供应商为日本住友化学所产,型号为AQUACHARGE SW100;SiOx主材供应商为中国兰溪致德所产硅氧负极、型号为S0212;上述原料仅是为了充分公开,并不是对本发明的限制,采用其他具有相似性质的原料均可实现本发明的目的,均属于本发明的保护范围。
实施例1
步骤一:将5Kg纯SiOx主材与0.012Kg导电碳材料Super P Li加入双行星式搅拌罐中,公转转速40rpm,搅拌1h,常压搅拌均匀,得到混合粉体;
步骤二:取0.5Kg CMC粉体加入去离子水中,高速分散制成CMC粘结剂胶液,CMC粘结剂胶液固含量、粘度分别为0.8%,7654mpas;随后取3KgCMC粘结剂胶液加入10Kg树脂类粘结剂中,树脂类粘结剂固含量为10%,随后在真空下高速分散制得混合胶液;
步骤三:取步骤二中的混合胶液10Kg中加入110g碳纳米管粉体,随后充分高速分散,公转转速80rpm,分散转速4500rpm,真空度<-90kPa,导电浆料粘度8650mpas,固含量7.2%;并测试该复合导电粘结剂浆料细度,细度≤5μm,待用;
步骤四:取5Kg步骤三中的复合导电粘结剂浆料一次性加入步骤一中的混合粉体中,调整固含量为60%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,搅拌、分散20min至浆料成流动性较好的糊状;随后将160g纯SiOx粉体均匀的加入至糊状浆料中,边加入边搅拌,公转转速40rpm,调整固含量为68%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,合缸搅拌、分散一段时间至浆料成很粘稠的糊状,此时浆料未形成完全抱团的情况;最后继续将80g纯SiOx粉体均匀加入至粘稠的糊状浆料中,边加入边搅拌,调整固含量为72%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,合缸搅拌30min,刮壁2次,此时可形成类似于面团的状态,继续打开搅拌、低速分散,进行充分捏合3h;
步骤五:将85g石墨烯导电浆料、105g一三-丁二醇分散剂、7.2Kg去离子水加入步骤四中,对浆料进行稀释的同时高速搅拌、分散,公转转速40rpm,分散转速1500rpm稀释至固含量至30.05%,继续加入145g SBR,公转转速40rpm搅拌均匀,控制浆料粘度、固含量、细度,随后真空低速公转消泡,过200目筛网,得到目标浆料。
使用转移式涂布将所得的负极复合浆料涂布在铜箔表面,烘干后辊压得到极片;涂布面密度92g/m2,压实密度1.45g/m3。对所得极片进行SEM检测,结果如图1所示。
图1中左右两张图分别是同一样品在不同倍率下的SEM图,从图1可看出导电剂分布均匀,粘结剂均匀包覆在颗粒表面,无抱团情况,这有助于硅负极颗粒的电性能发挥和长期循环稳定性。
实施例2
步骤一:将5Kg纯SiOx主材与0.012Kg导电碳材料Super P Li加入双行星式搅拌罐中,公转转速40rpm,搅拌1h,常压搅拌均匀,得到混合粉体;
步骤二:取0.7Kg CMC粉体加入去离子水中,高速分散制成CMC粘结剂胶液,CMC粘结剂胶液固含量、粘度分别为0.6%,3687mpas;随后取3KgCMC粘结剂胶液加入8Kg树脂类粘结剂中,树脂类粘结剂固含量为10%,随后在真空下高速分散制得混合胶液;
步骤三:取步骤二中的混合胶液10Kg中加入110g碳纳米管导电浆料,随后充分高速分散,公转转速80rpm,分散转速4500rpm,真空度<-90kPa,导电浆料粘度7634mpas,固含量6.94%;并测试该复合导电粘结剂浆料细度,细度≤5μm,待用;
步骤四:取5.5Kg步骤三中的复合导电粘结剂浆料一次性加入步骤一中的混合粉体中,调整固含量为60%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,搅拌、分散20min至浆料成流动性较好的糊状;随后将160g纯SiOx粉体均匀的加入至糊状浆料中,边加入边搅拌,公转转速40rpm,调整固含量为68%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,合缸搅拌、分散一段时间至浆料成很粘稠的糊状,此时浆料未形成完全抱团的情况;最后继续将80g纯SiOx粉体均匀加入至粘稠的糊状浆料中,边加入边搅拌,调整固含量为72%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,合缸搅拌30min,刮壁2次,此时可形成类似于面团的状态,继续打开搅拌、低速分散,进行充分捏合3h;
步骤五:将115g石墨烯导电浆料、130g一三-丁二醇分散剂、7.5Kg去离子水加入步骤四中,对浆料进行稀释的同时高速搅拌、分散,公转转速40rpm,分散转速1500rpm稀释至固含量至29.85%,继续加入156g SBR,公转转速40rpm搅拌均匀,控制浆料粘度、固含量、细度,随后真空低速公转消泡,过200目筛网,得到目标浆料。
使用转移式涂布将所得的负极复合浆料涂布在铜箔表面,烘干后辊压得到极片;涂布面密度100g/m2,压实密度1.4g/m3
实施例3
步骤一:将6Kg纯SiOx主材与0.026Kg导电碳材料科琴黑carbon ECP600JD加入双行星式搅拌罐中,公转转速40rpm,搅拌1h,常压搅拌均匀,得到混合粉体;
步骤二:取0.5Kg CMC粉体加入去离子水中,高速分散制成CMC粘结剂胶液,CMC粘结剂胶液固含量、粘度分别为0.8%,8967mpas;随后取3Kg CMC粘结剂胶液加入10Kg树脂类粘结剂中,树脂类粘结剂固含量为10%,随后在真空下高速分散制得混合胶液;
步骤三:取步骤二中的混合胶液10Kg中加入110gVGCF粉体,随后充分高速分散,公转转速80rpm,分散转速4500rpm,真空度<-90kPa,导电浆料粘度6998mpas,固含量7.15%;并测试该复合导电粘结剂浆料细度,细度≤5μm,待用;
步骤四:取5.3Kg步骤三中的复合导电粘结剂浆料一次性加入步骤一中的混合粉体中,调整固含量为60%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,搅拌、分散20min至浆料成流动性较好的糊状;随后将160g纯SiOx粉体均匀的加入至糊状浆料中,边加入边搅拌,公转转速40rpm,调整固含量为68%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,合缸搅拌、分散一段时间至浆料成很粘稠的糊状,此时浆料未形成完全抱团的情况;最后继续将80g纯SiOx粉体均匀加入至粘稠的糊状浆料中,边加入边搅拌,调整固含量为72%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,合缸搅拌30min,刮壁2次,此时可形成类似于面团的状态,继续打开搅拌、低速分散,进行充分捏合3h;
步骤五:将109g石墨烯导电浆料、95gPC、8.4Kg去离子水加入步骤四中,对浆料进行稀释的同时高速搅拌、分散,公转转速40rpm,分散转速1500rpm稀释至固含量至27.89%,继续加入134g SBR,公转转速40rpm搅拌均匀,控制浆料粘度、固含量、细度,随后真空低速公转消泡,过200目筛网,得到目标浆料。
使用转移式涂布将所得的负极复合浆料涂布在铜箔表面,烘干后辊压得到极片;涂布面密度92g/m2,压实密度1.45g/m3
对比例1
步骤一:将5Kg纯SiOx主材与0.012Kg导电碳材料Super P Li加入双行星式搅拌罐中,公转转速40rpm,搅拌1h,常压搅拌均匀,得到混合粉体;
步骤二:取0.5Kg CMC粉体加入去离子水中,高速分散制成CMC粘结剂胶液,CMC粘结剂胶液固含量、粘度分别为0.8%,7568mpas;随后取3KgCMC粘结剂胶液加入10Kg树脂类粘结剂中,树脂类粘结剂固含量为10%,随后在真空下高速分散制得混合胶液;
步骤三:取步骤二中的混合胶液10Kg中加入110g碳纳米管粉体,随后充分高速分散,公转转速80rpm,分散转速4500rpm,真空度<-90kPa,导电浆料粘度8497mpas,固含量7.2%;并测试该复合导电粘结剂浆料细度,细度≤5μm,待用;
步骤四:取5Kg步骤三中的复合导电粘结剂浆料一次性加入步骤一中的混合粉体中,调整固含量为72%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,合缸搅拌3h;
步骤五:将85g石墨烯导电浆料、105g一三-丁二醇分散剂、7.2Kg去离子水加入步骤四中,对浆料进行稀释的同时高速搅拌、分散,公转转速40rpm,分散转速1500rpm稀释至固含量至30.05%,继续加入145g SBR,公转转速40rpm搅拌均匀,控制浆料粘度、固含量、细度,随后真空低速公转消泡,过200目筛网,得到目标浆料。
使用转移式涂布将所得的负极复合浆料涂布在铜箔表面,烘干后辊压得到极片;涂布面密度92g/m2,压实密度1.45g/m3
对比例2
步骤一:将6Kg纯SiOx主材与0.026Kg导电碳材料科琴黑carbon ECP600JD加入双行星式搅拌罐中,公转转速40rpm,搅拌1h,常压搅拌均匀,得到混合粉体;
步骤二:取0.5Kg CMC粉体加入去离子水中,高速分散制成CMC粘结剂胶液,CMC粘结剂胶液固含量、粘度分别为0.8%,8856mpas;随后取3Kg CMC粘结剂胶液加入10Kg树脂类粘结剂中,树脂类粘结剂固含量为10%,随后在真空下高速分散制得混合胶液;
步骤三:取步骤二中的混合胶液10Kg中加入110gVGCF粉体,随后充分高速分散,公转转速80rpm,分散转速4500rpm,真空度<-90kPa,导电浆料粘度6785mpas,固含量7.15%;并测试该复合导电粘结剂浆料细度,细度≤5μm,待用;
步骤四:取5.3Kg步骤三中的复合导电粘结剂浆料一次性加入步骤一中的混合粉体中,调整固含量为72%左右,公转转速40rpm,分散转速2500rpm,合缸搅拌3h;
步骤五:将109g石墨烯导电浆料、95gPC、8.4Kg去离子水加入步骤四中,对浆料进行稀释的同时高速搅拌、分散,公转转速40rpm,分散转速1500rpm稀释至固含量至27.89%,继续加入134g SBR,公转转速40rpm搅拌均匀,控制浆料粘度、固含量、细度,随后真空低速公转消泡,过200目筛网,得到目标浆料。
使用转移式涂布将所得的负极复合浆料涂布在铜箔表面,烘干后辊压得到极片;涂布面密度92g/m2,压实密度1.45g/m3
性能检测
对实施例1~3和对比例1~2制得的复合浆料进行稳定性测试,每隔1h测一次粘度,测试取上层浆料,结果如图2所示。从图2可看出,本发明所制备的浆料稳定性优于对比例浆料。
上述实施例和对比例制得的极片进行电阻率、粘结力和剥离强度测试,结果如下表1:
表1
电阻率Ω·cm 粘结力N/m 剥离强度N/m
实施例1 15.34 154.29 198.56
实施例2 23.56 123.19 156.34
实施例3 13.56 134.56 178.56
对比例1 95.45 98.16 154.25
对比例2 100.34 100.45 134.83
从表中可以发现实施例1-3所制备的极片的膜片电阻率,极片粘结力、极片剥离强度均优于对比例,说明该合浆工艺更有利于粘结剂和导电剂的分散,明显提升了极片物理化学性质。
显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料,其特征在于:所述硅基负极复合浆料按照重量百分比计包括以下组分:硅基主材21.0%~28.5%,树脂类粘结剂30%~45%,SBR类粘结剂0.5%~2%,CMC粉体粘结剂1.5%~2%,颗粒状导电剂0.5%~1.0%,线状导电剂1.0%~1.5%,液体导电剂25%~35%,分散剂0.5%~2.0%,溶剂5%~20.0%,上述组分混合总重量为100%。
2.根据权利要求1所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料,其特征在于:所述硅基主材包括Si、SiOx中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料,其特征在于:所述颗粒状导电剂包括Super P Li、乙炔黑、LITX 300、炭黑中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料,其特征在于:所述线状导电剂包括碳纳米管粉体、VGCF、碳纳米管导电浆料中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料,其特征在于:所述液体导电剂包括石墨烯导电浆料、碳纳米管导电浆料中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料,其特征在于:所述分散剂包括1-3丁二醇、EC、PC、异丙醇中的至少一种。
7.如权利要求1至6任一项所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一:按硅基主材总质量的91%~96%称取硅基主材,然后将其与颗粒状导电剂混合后得到混合粉体;
步骤二:将CMC粉体粘结剂加入水中制成CMC粘结剂胶液,然后加入树脂类粘结剂制得混合胶液;
步骤三:向混合胶液中加入线状导电剂,混合使物料的细度≤5μm,得到复合导电粘结剂浆料;
步骤四:将复合导电粘结剂浆料全部加入步骤一中的混合粉体中,调整固含量为60%,混合使浆料成流动性较好的糊状浆料;然后向糊状浆料中加入剩余的部分硅基主材调整其固含量为68%,混合使浆料成粘稠的糊状浆料,此时浆料未形成完全抱团的情况;继续向粘稠的糊状浆料中加入剩余的硅基主材,调整其固含量为72-74%,经混合得到面团状物料;
步骤五:向面团状物料中加入液体导电剂、分散剂、去离子水,同时进行混合调整其固含量为27~33%,然后加入SBR类粘结剂,混合均匀并经消泡后得到目标浆料,即硅基负极复合浆料。
8.根据权利要求7所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料的制备方法,其特征在于:步骤二中,所述CMC粘结剂胶液的固含量为0.5~1.2%,粘度为3000~9000mpas;所述树脂类粘结剂的固含量为8-10%;所述CMC粘结剂胶液和树脂类粘结剂的质量比为1:3~1:5。
9.根据权利要求7所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料的制备方法,其特征在于:步骤三中,所述复合导电粘结剂浆料的粘度为6000~9000mpas,固含量为5%~8%。
10.根据权利要求7所述的高能量密度锂离子电池硅基负极复合浆料的制备方法,其特征在于:步骤五中,所述硅基负极复合浆料的粘度为2500~4500mpas,固含量为25.5%~31.5%。
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CN117038939A (zh) * 2023-10-08 2023-11-10 江苏中兴派能电池有限公司 电池浆料及其制备方法和产品
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