CN116314826A - 负极材料、负极浆料的制备方法和钠离子电池 - Google Patents
负极材料、负极浆料的制备方法和钠离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116314826A CN116314826A CN202310404508.7A CN202310404508A CN116314826A CN 116314826 A CN116314826 A CN 116314826A CN 202310404508 A CN202310404508 A CN 202310404508A CN 116314826 A CN116314826 A CN 116314826A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- negative electrode
- slurry
- mixing
- alcohol additive
- conductive agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 32
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- -1 acrylic ester Chemical class 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 claims description 8
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 125000004178 (C1-C4) alkyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000006273 (C1-C3) alkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000006656 (C2-C4) alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 abstract description 24
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 23
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- 239000011888 foil Substances 0.000 abstract description 22
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 14
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract description 12
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 12
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 238000009736 wetting Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 63
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 19
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 15
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 14
- 239000006257 cathode slurry Substances 0.000 description 10
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 5
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 4
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000002388 carbon-based active material Substances 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 125000004108 n-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000004123 n-propyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 125000002914 sec-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000002409 silicon-based active material Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开了负极材料、负极浆料的制备方法和钠离子电池，属于钠离子电池领域。本发明通过水性浆料和醇类添加剂的联合使用，可以得到均匀稳定的负极浆料，并且可减小浆料的表面张力，提高润湿度使硬碳体系的负极浆料在铝箔上完全的浸润铺展，有效解决钠电池硬碳极片在铝箔上不易涂覆的问题，并且厚涂布不易开裂、冷压极片不易断带、模切及卷绕不易掉粉，避免了导致电池内部短路，甚至发生失火爆炸等安全事故。
Description
技术领域
本发明属于钠离子电池领域，具体涉及负极材料、负极浆料的制备方法和钠离子电池。
背景技术
随着电池技术的日益发展和消费者对低成本能源的需求的日益提升，因此成本较低的钠离子电池也越来越受到关注。由于钠金属和铝金属不会发生合金化反应，因此理论上可以采用正负极都是铝箔的集流体，这样可以极大地降低成本。但是目前钠离子电池的负极大部分仍然采用的是和锂电池负极相似的普通的粘结剂(如SBR)等，但是这样会导致以下问题：(1)涂布：负极硬碳浆料不易在铝箔上顺利铺展润湿度差且易产生划痕；(2)极片：涂覆的极片粘结力差，辊压易掉粉。因此，上述方法不仅会影响电芯的倍率性能，而且还会降低极片的良率和加工效率，增加电芯的生产成本。
公开号为CN113380973A的专利申请公开了一种硅基负极浆料的制备方法，所述制备方法包括：将溶剂、增稠剂以及导电剂在制胶罐中搅拌得到导电胶液；将硅活性材料和碳活性材料混匀获得硅基复合材料；将硅基复合材料与导电胶液在搅拌器中拌匀，然后将剩余的导电胶液全部加入搅拌罐中搅拌混合，获得混合浆料；将粘接剂加入混合浆料继续搅拌，获得负极浆料。该制备方法采用将导电胶液和硅基复合材料同时喷雾方式加入，促进了胶液对活性材料颗粒表面的浸润过程。
公开号为CN112366310A的专利申请公开了一种锂离子电池正极浆料及其制备方法与锂离子电池，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合正极活性粉料与导电剂粉料，脱气处理后得到第一粉料；(2)混合上述的第一粉料与助湿气体，得到第二粉料；(3)混合第二粉料与溶剂，脱气处理后得到中间浆料；(4)混合中间浆料与粘结剂，得到锂离子电池正极浆料。该制备方法通过粉料的脱气及润湿气体来缩短润湿时间，解决粉料表面气体与液体的竞争问题。
现有技术均对电池浆料的制备过程进行了优化，在一定程度上提升了溶剂对粉体材料的浸润效果，但是其均无法解决低密度浆料在铝箔上涂布时完全润湿铺展及易产生划痕的问题。
发明内容
为此本发明提供了负极材料、负极浆料的制备方法和钠离子电池，通过在钠电池的负极浆料中添加水性粘结剂(丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯睛和丙烯酸胺中的至少一种)和醇类添加剂R-(OH)n(R为烷基、烯烃基或环状碳基)来改善钠离子负极浆料不易润湿的问题。
本发明采用的醇类添加剂R-(OH)n中含有-OH官能团，R-(OH)n可以改变水溶液浆料的极性，可以增溶到表面活性剂胶束的栅栏层，R-(OH)n的长碳链指向表面活性剂胶束的内核，而-OH在胶束表面。由于分子链上的疏水R-，水溶液浆料中形成以分子内缔合或分子间缔合的疏水微区，疏水基团处于疏水缔合微区的内核，亲水基团-OH围绕在疏水缔合微区四周，以避免疏水缔合微区与溶剂水的接触。这样形成的疏水缔合微区与表面活性剂胶束的性质十分类似，所以醇类添加剂R-(OH)n醇类的综合作用的结果是水溶液浆料的表观黏度增加，并且当n＝1时即一元醇时，能明显降低水溶液浆料的表面张力。因此醇类添加剂可以改善负极浆料的润湿度使低粘度的负极浆料能够顺利在铝箔上完成涂布；而且醇类添加剂能够与水性粘结剂中的羧酸、酯基活性物质等相互作用，从而产生较强的分子间作用力，由此可以有效解决钠电池硬碳极片粘结力低的问题，使涂布不易开裂、冷压极片不易断带、模切及卷绕不易掉粉，避免了导致电池内部短路，甚至发生失火爆炸等安全事故。而且本发明的醇类添加剂能够在保证导电性能不受影响的前提下，降低颗粒二次聚集的风险，改善浆料的流动性，以及避免低密度涂布易产生划痕的问题。
在本发明的一些实施例中，所述电池浆料为负极浆料，所述负极浆料包括硬碳、导电剂和所述水性粘结剂和所述醇类添加剂。在本发明的一些实施例中为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明提供了一种负极材料，包括负极活性材料、导电剂，所述负极材料还包括水性粘结剂和醇类添加剂；
所述水性粘结剂选自丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯腈和丙烯酸胺中的至少一种；
所述醇类添加剂的通式为：R-(OH)n，
其中，R选自C1-C4的烷基、C2-C4的烯基或C3-C4的环状碳基，n＝1～4。
其中，C1-C4的烷基表示碳原子数为1～4的烷基，其他同理。
进一步地，以所述负极材料的质量为100％计，所述负极材料含有1.8％～3.0％的水性粘结剂、0.2％～0.7％的醇类添加剂、94％～96％的负极活性材料、2％～2.8％的导电剂。
若水性粘结剂添加量过低，涂覆的极片的剥离力降低，辊压易掉粉；若醇类添加剂含量过高，烘烤时不能全部挥发会影响后期的电芯电化学性能，醇类添加剂含量过低，负极浆料涂布时润湿度不够，易造成浆料不能正常涂覆。
优选的，所述R选自C1-C3的烷基或C2-C3的烯基。
优选的，R为C1-C4的烷基，n＝1。
本发明中所述的烷基和烯基是直链的或支链的。例如烷基可以是C1烷基-甲基、C2烷基-乙基、C3烷基-丙基(如正丙基或异丙基)、C4烷基-丁基(如正丁基、异丁基、叔丁基或2-丁基)。类似地，烯基可以是，例如乙烯基、烯丙基、1-甲基丙-2-烯-1-基、2-甲基丙-2-烯-1基等。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述负极活性材料包括硬碳。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述导电剂为导电炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯和乙炔黑中的至少一种。
本发明还提供了一种负极浆料的制备方法，包括以下步骤：
根据所述的负极材料，提供负极活性材料、导电剂、水性粘结剂和醇类添加剂；
将所述负极活性材料、所述导电剂和所述水性粘结剂与溶剂进行混合处理，得到混合浆料；
将所述混合浆料与所述醇类添加剂进行混合处理，得到负极浆料。
具体的，将所述负极活性材料、所述导电剂和所述粘结剂与溶剂进行混合处理的步骤中，所述混合处理的自转速度为500-1500r/min，公转速度为10-15r/min，所述混合处理的时间为5-7h；和/或
将所述混合浆料与所述醇类添加剂进行混合处理的步骤中，所述混合处理的自转速度为500-1500r/min，公转速度为10-15r/min，所述混合处理的时间为0.5-1h；和/或
所述负极浆料的固含量为50％-70％；和/或
所述溶剂为水。
本发明还提供了一种负极，包括负极集流体和结合在所述负极集流体表面的负极活性层，所述负极活性层由所述的制备方法制备得到的负极浆料制备形成。
本发明还提供了一种钠离子电池，包括所述的负极。
本发明的有益效果：
本发明通过水性浆料和醇类添加剂的联合使用，可以得到均匀稳定的负极浆料，并且可减小浆料的表面张力，提高润湿度使硬碳体系的负极浆料在铝箔上完全的浸润铺展，有效解决钠离子电池硬碳极片在铝箔上不易涂覆的问题，并且厚涂布不易开裂、冷压极片不易断带、模切及卷绕不易掉粉，避免了导致电池内部短路，甚至发生失火爆炸等安全事故。
附图说明
图1为对比例1制备的负极浆料涂布后图片。
图2为对比例3制备的负极浆料涂布后图片。
图3为实施例1制备的负极浆料涂布后图片。
图4为实施例1、对比例1和对比例2制备的负极浆料组装的钠离子电池的电化学性能对比图。
具体实施方式
实施例1
步骤一：使用电子秤称取13.29g石墨烯(导电剂)和15.95g丙烯酸酯(水性粘结剂)以及390g的去离子水放入搅拌罐中，搅拌罐的公转和自转速度分别为10r/min和600r/min，搅拌2h；
步骤二：使用电子秤称取500g硬碳放入上述溶液中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和1000r/min，搅拌3h；
步骤三：使用电子秤称取2.66g异丙醇(醇类添加剂)加入到上述搅拌罐中，然后继续搅拌0.6h；
步骤四：得到钠离子电池负极浆料中固体成分的含量为57.7％，用转移式涂布机在铝箔上进行涂布制成负极极片，并且在辊压机上进行辊压；
步骤五：将制备好的硬碳负极极片匹配上钠电池正极极片NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，制备成钠离子电池。
实施例2
步骤一：使用电子秤称取14.89g石墨烯(导电剂)和15.95g丙烯酸胺(水性粘结剂)以及520g的去离子水放入搅拌罐中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和700r/min，搅拌2h；
步骤二：使用电子秤称取505g硬碳放入上述溶液中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和1200r/min，搅拌3h；
步骤三：使用电子秤称取1.06g甲醇(醇类添加剂)加入到上述搅拌罐中，然后继续搅拌0.6h；
步骤四：得到钠离子电池负极浆料中固体成分的含量为50.57％，用转移式涂布机在铝箔上进行涂布制成负极极片，并且在辊压机上进行辊压；
步骤五：将制备好的硬碳负极极片匹配上钠电池正极极片NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，制备成钠离子电池。
实施例3
步骤一：使用电子秤称取10.63g SP(导电剂)和9.57g丙烯酸胺(水性粘结剂)以及300g的去离子水放入搅拌罐中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和700r/min，搅拌2h；
步骤二：使用电子秤称取510g硬碳放入上述溶液中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和1200r/min，搅拌3h；
步骤三：使用电子秤称取1.06g丙醇(醇类添加剂)加入到上述搅拌罐中，然后继续搅拌0.6h；
步骤四：得到钠离子电池负极浆料中固体成分的含量为63.94％，用转移式涂布机在铝箔上进行涂布制成负极极片，并且在辊压机上进行辊压；
步骤五：将制备好的硬碳负极极片匹配上钠电池正极极片NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，制备成钠离子电池。
实施例4
步骤一：使用电子秤称取10.64g SP(导电剂)和14.89g丙烯酸胺(水性粘结剂)以及228g的去离子水放入搅拌罐中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和700r/min，搅拌2h；
步骤二：使用电子秤称502g硬碳放入上述溶液中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和1200r/min，搅拌3h；
步骤三：使用电子秤称取3.72g丁醇(醇类添加剂)加入到上述搅拌罐中，然后继续搅拌0.6h；
步骤四：得到钠离子电池负极浆料中固体成分的含量为70％，在用转移式涂布机在铝箔上进行涂布制成负极极片，并且在辊压机上进行辊压；步骤五：将制备好的硬碳负极极片匹配上钠电池正极极片NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，制备成钠离子电池。
实施例5
步骤一：使用电子秤称取14.89g石墨烯(导电剂)和15.95g丙烯酸(水性粘结剂)以及420g的去离子水放入搅拌罐中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和700r/min，搅拌2h；
步骤二：使用电子秤称取505g硬碳放入上述溶液中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和1200r/min，搅拌3h；
步骤三：使用电子秤称取1.06g正丁醇加入到上述搅拌罐中，然后继续搅拌0.6h；
步骤四：得到钠离子电池负极浆料中固体成分的含量为55.88％，用转移式涂布机在铝箔上进行涂布制成负极极片，并且在辊压机上进行辊压；
步骤五：将制备好的硬碳负极极片匹配上钠电池正极极片NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，制备成钠离子电池。
实施例6
步骤一：使用电子秤称取10.63g SP(导电剂)和9.57g丙烯酸胺(水性粘结剂)以及450g的去离子水放入搅拌罐中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和700r/min，搅拌2h；
步骤二：使用电子秤称取510g硬碳放入上述溶液中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和1200r/min，搅拌3h；
步骤三：使用电子秤称取1.06g异丙醇(醇类添加剂)加入到上述搅拌罐中，然后继续搅拌0.6h；
步骤四：得到钠离子电池负极浆料中固体成分的含量为54.17％，用转移式涂布机在铝箔上进行涂布制成负极极片，并且在辊压机上进行辊压；
步骤五：将制备好的硬碳负极极片匹配上钠电池正极极片NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，制备成钠离子电池。
对比例1
步骤一：使用电子秤称取13.29g石墨烯(导电剂)和15.95g SBR(粘结剂)以及390g的去离子水放入搅拌罐中，搅拌罐的公转和自转速度分别为10r/min和600r/min，搅拌2h；
步骤二：使用电子秤称取500g硬碳放入上述溶液中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和1000r/min，搅拌3h；
步骤三：得到钠离子电池负极浆料中固体成分的含量为57.7％，用转移式涂布机在铝箔上进行涂布制成负极极片，并且在辊压机上进行辊压；
步骤四：将制备好的硬碳负极极片匹配上钠电池正极极片NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，制备成钠离子电池。
对比例2
步骤一：使用电子秤称取13.29g石墨烯(导电剂)和15.95g丙烯酸酯(水性粘结剂)以及390g的去离子水放入搅拌罐中，搅拌罐的公转和自转速度分别为10r/min和600r/min，搅拌2h；
步骤二：使用电子秤称取500g硬碳放入上述溶液中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和1000r/min，搅拌3h；
步骤三：得到钠离子电池负极浆料中固体成分的含量为57.7％，用转移式涂布机在铝箔上进行涂布制成负极极片，并且在辊压机上进行辊压；
步骤四：将制备好的硬碳负极极片匹配上钠电池正极极片NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，制备成钠离子电池。
对比例3
步骤一：使用电子秤称取13.29g石墨烯(导电剂)和15.95g SBR(粘结剂)以及390g的去离子水放入搅拌罐中，搅拌罐的公转和自转速度分别为10r/min和600r/min，搅拌2h；
步骤二：使用电子秤称取500g硬碳放入上述溶液中，搅拌罐的公转和自转速度分别为12r/min和1000r/min，搅拌3h；
步骤三：使用电子秤称取2.66g异丙醇(醇类添加剂)加入到上述搅拌罐中，然后继续搅拌0.6h；
步骤四：得到钠离子电池负极浆料中固体成分的含量为57.7％，用转移式涂布机在铝箔上进行涂布制成负极极片，并且在辊压机上进行辊压；
步骤五：将制备好的硬碳负极极片匹配上钠电池正极极片NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2，制备成钠离子电池。
测试例1
分别称取刚刚配置好的负极浆料进行测试，测试其浆料的粘度和接触角(负极浆料和铝箔之间)以及负极极片辊压后的剥离强度，测试结果如表1所示。注：浆料粘度测量用粘度计采用4号转子进行测试；接触角采用接触角测量仪进行测试；剥离强度采用拉力测试仪进行测试并且测试极片的宽度采用25mm，测试速率为300mm/min。
从测量的结果来看，只采用传统SBR粘结剂的对比例1中的浆料的润湿度低，不能完全涂覆到铝箔表面，如图1所示。另外单独使用水性粘结剂的对比例2或者单独使用添加剂的对比例3，虽然与对比例1来说稍微改善了一定的润湿效果，但是效果不明显，如图2所示，而且对辊压后的极片剥离强度没有改善；而实施例1中水性粘结剂和醇类添加剂联合使用，可以减小浆料的接触角，提升其润湿度。从负极浆料的涂布图片也可以看出，水性粘结剂和醇类添加剂的联合使用，可以提升浆料的润湿度，使浆料能很好地在铝箔上涂覆铺展，如图3所示。而且从表1可以看出，实施例中辊压后的负极极片的剥离强度也远远大于对比例1、对比例2和对比例3，这也证明了水性粘结剂和醇类添加剂的联合使用能明显改善极片的粘结力。
表1实施例1-6和对比例1-3所制备的浆料和辊压后极片的测试
测试例2
分别选取实施例1、对比例1和对比例2中制作好的钠离子电池，其电压范围为1.5-4.0V和倍率为0.5C的情况下进行电化学测试。测试结果如图4所示，从图中可以明显看出对比例1的放电曲线很陡，放出的容量很少，因为其负极浆料和铝箔之间的润湿度低造成涂覆后的负极极片露箔，因此在电化学测试时造成正极迁出的钠不能完全嵌入负极的硬碳中造成钠离子损失。虽然对比例2中的极片的润湿度有一定的改善，其放电容量比对比例1有所增加，但是其容量和库伦效率依然很差。对比使用了水性粘结剂和醇类添加剂的钠离子电池的负极浆料和铝箔之间的润湿度好，可以使涂覆后的硬碳很好的铺展在负极极片上，因此其放电容量明显比对比例高很多而且库伦效率很高，证明在电化学测试时正极迁出的钠基本能完全嵌入负极的硬碳中减少了钠离子的损失。
Claims (10)
1.一种负极材料，包括负极活性材料、导电剂，其特征在于，所述负极材料还包括水性粘结剂和醇类添加剂；
所述水性粘结剂选自丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯腈和丙烯酸胺中的至少一种；
所述醇类添加剂的通式为：R-(OH)n，
其中，R选自C1-C4的烷基、C2-C4的烯基或C3-C4的环状碳基，n＝1～4。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，以所述负极材料的质量为100％计，所述负极材料含有1.8％～3.0％的水性粘结剂、0.2％～0.7％的醇类添加剂、94％～96％的负极活性材料、2％～2.8％的导电剂。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述R选自C1-C3的烷基或C2-C3的烯基。
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，R为C1-C4的烷基，n＝1。
5.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极活性材料包括硬碳。
6.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯和乙炔黑中的至少一种。
7.一种负极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据权利要求1～6任一项所述的负极材料，提供负极活性材料、导电剂、水性粘结剂和醇类添加剂；
将所述负极活性材料、所述导电剂和所述水性粘结剂与溶剂进行混合处理，得到混合浆料；
将所述混合浆料与所述醇类添加剂进行混合处理，得到负极浆料。
8.根据权利要求7所述负极浆料的制备方法，其特征在于，将所述负极活性材料、所述导电剂和所述粘结剂与溶剂进行混合处理的步骤中，所述混合处理的自转速度为500-1500r/min，公转速度为10-15r/min，所述混合处理的时间为5-7h；和/或
将所述混合浆料与所述醇类添加剂进行混合处理的步骤中，所述混合处理的自转速度为500-1500r/min，公转速度为10-15r/min，所述混合处理的时间为0.5-1h；和/或
所述负极浆料的固含量为50％-70％；和/或
所述溶剂为水。
9.一种负极，包括负极集流体和结合在所述负极集流体表面的负极活性层，其特征在于，所述负极活性层由权利要求7或8所述的制备方法制备得到的负极浆料制备形成。
10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的负极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310404508.7A CN116314826A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 负极材料、负极浆料的制备方法和钠离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310404508.7A CN116314826A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 负极材料、负极浆料的制备方法和钠离子电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116314826A true CN116314826A (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=86794216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310404508.7A Pending CN116314826A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 负极材料、负极浆料的制备方法和钠离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116314826A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116621157A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-08-22 | 河北科技大学 | 一种硬碳材料的制备方法、硬碳材料及应用 |
-
2023
- 2023-04-10 CN CN202310404508.7A patent/CN116314826A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116621157A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-08-22 | 河北科技大学 | 一种硬碳材料的制备方法、硬碳材料及应用 |
| CN116621157B (zh) * | 2023-07-20 | 2023-09-29 | 河北科技大学 | 一种硬碳材料的制备方法、硬碳材料及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2804243B1 (en) | Binder resin composition for secondary battery electrodes, slurry for secondary battery electrodes, electrode for secondary batteries, and lithium ion secondary battery | |
| TWI628838B (zh) | 非水二次電池電極用黏結劑樹脂、非水二次電池電極用黏結劑樹脂組成物、非水二次電池電極用漿料組成物、非水二次電池用電極、非水二次電池 | |
| US8951670B2 (en) | Adhesion of active electrode materials to metal electrode substrates | |
| KR20030086354A (ko) | 리튬 이온 폴리머 2차 전지, 그 전지용 전극 및 그 전지의밀착층에 사용하는 결착제 중의 고분자 화합물의 합성 방법 | |
| KR20130130830A (ko) | 전지 전극용 바인더를 사용해서 얻어지는 슬러리, 이들 슬러리를 사용해서 얻어지는 전극 및 이들 전극을 사용해서 얻어지는 리튬 이온 이차 전지 | |
| CN111554880B (zh) | 一种负极片、负极浆料、负极浆料的制备方法及电池 | |
| JP6275307B1 (ja) | 水系電極用塗工液およびその利用 | |
| CN111834623A (zh) | 一种锂离子电池硅系负极浆料的匀浆方法 | |
| Zhang et al. | Green water-based binders for LiFePO 4/C cathodes in Li-ion batteries: a comparative study | |
| CN116314826A (zh) | 负极材料、负极浆料的制备方法和钠离子电池 | |
| CN113991113A (zh) | 负极片、电池及负极片的制备方法 | |
| CN113764673B (zh) | 电极浆料组合物及其制法、涂有它的极片和包括该极片的锂离子电池 | |
| US11631855B2 (en) | Method for producing slurry for nonaqueous battery electrodes | |
| EP3825337A1 (en) | Copolymer for binder for non-aqueous battery electrode, and slurry for producing non-aqueous battery electrode | |
| EP4163310A1 (en) | Nonaqueous secondary battery electrode binder and nonaqueous secondary battery electrode slurry | |
| CN106374083B (zh) | 硅基负电极及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN115141376B (zh) | 一种锂离子电池正极浆料用的分散剂及其应用 | |
| CN114883563B (zh) | 电池浆料、正极极片、负极极片和锂电池 | |
| CN113594465B (zh) | 一种负极粘结剂及其制备方法和用途 | |
| CN113248989B (zh) | 一种导电涂层浆料及其制备方法和应用 | |
| CN115050961A (zh) | 锂电池负极涂层组合物、负极极片的制备方法和锂电池 | |
| EP3690994A1 (en) | Negative electrode active material paint, negative electrode and secondary battery | |
| CN112018304A (zh) | 一种锂硫电池用涂层隔膜、制备方法及锂硫电池 | |
| EP3872906B1 (en) | Nonaqueous secondary battery electrode, electrode slurry, and nonaqueous secondary battery | |
| CN117673275A (zh) | 一种改善负极片粘附力的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: Factory Building 15 #, Pukou Hexian Intelligent Manufacturing Industrial Park, Hexian Economic Development Zone, Ma'anshan City, Anhui Province, China 243031 Applicant after: Anhui Xinna New Material Technology Co.,Ltd. Address before: No. 1888, Meishan Avenue, South the Taihu Lake Youth Science and Technology Pioneer Park, Meishan Town, Changxing County, Huzhou City, Zhejiang Province, 313100 Applicant before: Zhejiang Xinna New Material Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |