CN117038939A - 电池浆料及其制备方法和产品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池浆料及其制备方法和产品，涉及电池技术领域。本发明提供的电池浆料包括特定配比的第一负极活性材料、线状的导电剂、线状的粘结剂、第二负极活性材料、点状的导电剂、点状的粘结剂、增稠剂和溶剂；第一负极活性材料的粒径为13‑18μm；第二负极活性材料的粒径为5‑10μm。本发明通过利用不同活性物质D50的关系来实现主材的配比，然后通过主材配比联动调整不同导电剂和不同粘结剂用量比，以实现最佳的分散效果，以该电池浆料制备的极片的导电网络最佳，降低了导电剂和粘结剂的用量，提高了极片的导电效果和动力学性能。本发明提供的电池浆料的制备方法简单方便，制备得到电池浆料中各组分分散性均匀。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电池浆料及其制备方法和产品。
背景技术
锂离子电池在高功率场景的应用越来越广，对于电芯设计角度就必须从浆料配方和材料选型角度考虑，设计逻辑是将电池的电子电导率和离子电导率降低，来降低电池的阻抗，从而提高电池在高功率应用工况下的充放电性能，以此来满足客户端的需求。其中电芯设计和制程过程中影响电池阻抗的主要在于配方设计和浆料的分散过程中，通常设计者在配方设计中采用相同的思路，而在往往忽略浆料的分散效果，浆料的分散效果是实现配方设计的最重要的一个环节。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种电池浆料，以解决上述问题中的至少一种。
本发明的第二目的在于提供上述电池浆料的制备方法。
本发明的第三目的在于提供一种电池极片。
本发明的第四目的在于提供一种电池。
本发明的第五目的在于提供一种储能装置。
第一方面，本发明提供了一种电池浆料，包括：第一负极活性材料、线状的导电剂、线状的粘结剂、第二负极活性材料、点状的导电剂、点状的粘结剂、增稠剂和溶剂；
所述第一负极活性材料的粒径为13-18μm；
所述第二负极活性材料的粒径为5-10μm；
所述电池浆料中各组分的用量遵循以下关系：
m1×d1=k×m2×d2；
m1×m4=λ×m2×m3；
m5=σ×m6；
M1+M2+M3+M4=M；M3=-0.1M2×M2+0.9M2+0.08；M2/M=0.8%-2%；M4/M=0.7%-1.2%；
其中，m1为第一负极活性材料的质量；d1为第一负极活性材料的D50粒径大小；k为系数，其取值为1.5-2.0；m2为第二活负极活性材料的质量；d2为第二负极活性材料的D50粒径大小；λ为常数，取值为1-1.5；m3为线状的导电剂的质量；m4为点状的导电剂的质量；σ为常数，取值为0.3-0.6；m5为线状的粘结剂的质量；m6为点状的粘结剂的质量；M1为负极活性物质总质量；M2为粘结剂总质量；M3为导电剂总质量；M4为增稠剂总质量。
作为进一步技术方案，所述第一负极活性材料、线状的导电剂、线状的粘结剂、第二负极活性材料、点状的导电剂、点状的粘结剂和增稠剂于溶剂中分散均匀。
作为进一步技术方案，所述第一负极活性材料和第二负极活性材料为石墨；
和/或，所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂中的至少一种；
和/或，所述溶剂包括去离子水。
作为进一步技术方案，所述线状的导电剂包括VGCF、碳纳米管或石墨烯中的至少一种；
和/或，所述点状的导电剂包括炭黑、乙炔黑或科琴黑中的至少一种。
作为进一步技术方案，所述线状的粘结剂包括聚丙烯酸或海藻酸钠中的至少一种；
和/或，所述点状的粘结剂包括丁苯橡胶。
第二方面，本发明提供了上述电池浆料的制备方法，包括以下步骤：
a. 将第一负极活性材料和线状的导电剂混合，然后与线状的粘结剂、部分增稠剂，以及溶剂混合，获得固含量为65-70wt%的第一浆料；
b. 将第一浆料与第二负极活性材料、剩余增稠剂，以及溶剂混合，获得固含量为65-70wt%的浆料，然后与点状的导电剂混合，获得第二浆料；
c. 将第二浆料与溶剂混合，调节浆料的黏度为110Pa·S-125Pa·S，然后与点状的粘结剂混合，制备得到电池浆料。
作为进一步技术方案，所述增稠剂的用量遵循以下关系：
m1×m7=λ2×m2×m8；
其中λ2为常数，取值为13-1.8；m7为a步骤中增稠剂的用量；m8为b步骤中增稠剂的用量。
第三方面，本发明提供了一种电池极片，包括集流体和浆料层；所述浆料层设置于所述集流体的至少一侧；
所述浆料层由上述浆料制备得到。
第四方面，本发明提供了一种电池，包括上述电池极片。
第五方面，本发明提供了一种储能装置，包括上述电池。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的电池浆料通过利用不同活性物质D50的关系来实现主材的配比，然后通过主材配比联动调整不同导电剂和不同粘结剂用量比，以实现最佳的分散效果，以该电池浆料制备的极片的导电网络最佳，降低了导电剂和粘结剂的用量，提高了极片的导电效果和动力学性能。
本发明提供的上述电池浆料的制备方法，首先将大粒径的第一负极活性材料和线状的导电剂、线状的粘结剂混合，能够让线状的导电剂和粘结剂分散在大颗粒的第一负极活性材料之间，将第一负极活性材料间建立起“导电桥梁”，然后将小粒径的第二负极活性材料和点状的导电剂、点状的粘结剂加入到上述浆料中，使其分布在大粒径第一负极活性材料和“导电桥梁”上，从而实现优化导电网络。该制备方法简单方便，制备得到电池浆料中各组分分散性均匀，有助于提高极片的导电性和效果和动力学性能。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一方面，本发明提供了一种电池浆料，包括：第一负极活性材料、线状的导电剂、线状的粘结剂、第二负极活性材料、点状的导电剂、点状的粘结剂、增稠剂和溶剂；
所述第一负极活性材料的粒径为13-18μm；
所述第二负极活性材料的粒径为5-10μm；
所述电池浆料中各组分的用量遵循以下关系：
m1×d1=k×m2×d2；
m1×m4=λ×m2×m3；
m5=σ×m6；
M1+M2+M3+M4=M；M3=-0.1M2×M2+0.9M2+0.08；M2/M=0.8%-2%；M4/M=0.7%-1.2%；
其中，m1为第一负极活性材料的质量；d1为第一负极活性材料的D50粒径大小；k为系数，其取值为1.5-2.0；m2为第二活负极活性材料的质量；d2为第二负极活性材料的D50粒径大小；λ为常数，取值为1-1.5；m3为线状的导电剂的质量；m4为点状的导电剂的质量；σ为常数，取值为0.3-0.6；m5为线状的粘结剂的质量；m6为点状的粘结剂的质量；M1为负极活性物质总质量；M2为粘结剂总质量；M3为导电剂总质量；M4为增稠剂总质量。
本发明提供的电池浆料通过利用不同活性物质D50的关系来实现主材的配比，然后通过主材配比联动调整不同导电剂和不同粘结剂用量比，以实现最佳的分散效果，以该电池浆料制备的极片的导电网络最佳，降低了导电剂和粘结剂的用量，提高了极片的导电效果和动力学性能。
在一些可选的实施方式中，所述第一负极活性材料、线状的导电剂、线状的粘结剂、第二负极活性材料、点状的导电剂、点状的粘结剂和增稠剂于溶剂中分散均匀。
浆料中各组分分散均匀有助于提高极片的导电效果和动力学性能。
在一些可选的实施方式中，所述第一负极活性材料和第二负极活性材料为石墨；
在一些可选的实施方式中，所述增稠剂包括但不限于羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂中的至少一种，或者采用本领域技术人员所熟知的其他增稠剂；
在一些可选的实施方式中，所述溶剂包括去离子水。
在一些可选的实施方式中，所述线状的导电剂包括但不限于VGCF、碳纳米管或石墨烯中的至少一种，或者采用本领域技术人员所熟知的其他线状的导电剂；
在一些可选的实施方式中，所述点状的导电剂包括但不限于炭黑、乙炔黑或科琴黑中的至少一种，或者采用本领域技术人员所熟知的其他点状的导电剂。
在一些可选的实施方式中，所述线状的粘结剂包括但不限于聚丙烯酸或海藻酸钠中的至少一种，或者采用本领域技术人员所熟知的其他线状的粘结剂；
在一些可选的实施方式中，所述点状的粘结剂包括但不限于丁苯橡胶，或者采用本领域技术人员所熟知的其他点状粘结剂。
第二方面，本发明提供了上述电池浆料的制备方法，包括以下步骤：
a. 将第一负极活性材料和线状的导电剂混合，然后与线状的粘结剂、部分增稠剂，以及溶剂混合，获得固含量为65-70wt%的第一浆料；
b. 将第一浆料与第二负极活性材料、剩余增稠剂，以及溶剂混合，获得固含量为65-70wt%的浆料，然后与点状的导电剂混合，获得第二浆料；
c. 将第二浆料与溶剂混合，调节浆料的黏度为110Pa·S-125Pa·S，然后与点状的粘结剂混合，制备得到电池浆料。
本发明提供的制备方法简单方便，制备得到的电池浆料中各组分分散均匀，黏度适宜。
在一些可选的实施方式中，所述增稠剂的用量遵循以下关系：
m1×m7=λ2×m2×m8；
其中λ2为常数，取值为13-1.8；m7为a步骤中增稠剂的用量；m8为b步骤中增稠剂的用量。
通过对各步骤增稠剂用量的进一步优化和调整，使得浆料的制备效率高，浆料中各个组分充分分散。
第三方面，本发明提供了一种电池极片，包括集流体和浆料层；所述浆料层设置于所述集流体的至少一侧；
所述浆料层由上述浆料制备得到。
本发明电池极片的导电效果好，动力学性能佳。
第四方面，本发明提供了一种电池，包括上述电池极片。
本发明提供的电池的充放电性能好。
第五方面，本发明提供了一种储能装置，包括上述电池。
该储能装置的充放电性能好。
下面通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
以下实施例中，电池浆料中各组分的用量遵循以下关系：
m1×d1=k×m2×d2；
m1×m4=λ×m2×m3；
m5=σ×m6；
M1+M2+M3+M4=M；M3=-0.1M2×M2+0.9M2+0.08；M2/M=0.8%-2%；M4/M=0.7%-1.2%；
m1×m7=λ2×m2×m8；
其中，m1为第一负极活性材料的质量；d1为第一负极活性材料的D50粒径大小（μm）；k为系数，其取值为1.5-2.0；m2为第二活负极活性材料的质量；d2为第二负极活性材料的D50粒径大小（μm）；λ为常数，取值为1-1.5；m3为线状的导电剂的质量；m4为点状的导电剂的质量；σ为常数，取值为0.3-0.6；m5为线状的粘结剂的质量；m6为点状的粘结剂的质量；λ2为常数，取值为13-1.8；m7为第一次添加增稠剂的用量；m8为第二次添加增稠剂的用量；M1为负极活性物质总质量；M2为粘结剂总质量；M3为导电剂总质量；M4为增稠剂总质量。
实施例1
一种电池浆料，包括第一负极活性材料、线状的导电剂、线状的粘结剂、第二负极活性材料、点状的导电剂、点状的粘结剂、增稠剂和溶剂；其中，第一负极活性材料和第二负极活性材料为石墨；线状的导电剂为碳纳米管；线状的粘结剂为聚丙烯酸；点状的导电剂为炭黑；点状的粘结剂为丁苯橡胶；增稠剂为羧甲基纤维素钠；溶剂为去离子水。
本实施例中设定如下：
。
据此计算其他参数如下：
。
制备方法如下：
1）对将第一负极活性材料和线状的导电剂进行预混合；
2）在1）中加入增稠剂m7和线状的粘结剂，并加入溶剂将浆料的固含量调制至65-70wt%，搅拌，记为第一浆料；
3）在第一浆料中加入第二负极活性物质和剩余的增稠剂m8，并加入溶剂将浆料的固含量调制至65-70wt%，搅拌；
4）在3）中加入点状的导电剂，搅拌，记为第二浆料；
5）在第二浆料中加入溶剂，搅拌，进行第二浆料的粘度调制，将粘度调制为目标粘度的110%-125%；
6）将上述5）中的浆料加入点状的粘结剂，搅拌，记录为第三浆料，第三浆料即为成品浆料。
实施例2
一种电池浆料，制备方法与实施例1相同，区别在于各组分配比不同。
本实施例中设定如下：
。
据此计算其他参数如下：
。
实施例3
一种电池浆料，制备方法与实施例1相同，区别在于各组分配比不同。
本实施例中设定如下：
。
据此计算其他参数如下：
。
实施例4
一种电池浆料，制备方法与实施例1相同，区别在于各组分配比不同。
本实施例中设定如下：
。
据此计算其他参数如下：
。
实施例5
一种电池浆料，制备方法与实施例1相同，区别在于各组分配比不同。
本实施例中设定如下：
。
据此计算其他参数如下：
。
对比例1
一种电池浆料，与实施例1的区别在于，第一负极活性材料和第二负极活性材料的粒径均为15μm。
对比例2
一种电池浆料，与实施例1的区别在于，第一负极活性材料和第二负极活性材料的粒径均为8μm。
对比例3
一种电池浆料，与实施例1的区别在于，将线状的导电剂替换为点状的导电剂，将线状的粘结剂替换为点状的粘结剂。
对比例4
一种电池浆料，与实施例1的区别在于，将点状的导电剂替换为线状的导电剂，将点状的粘结剂替换为线状的粘结剂。
对比例5
一种电池浆料，与实施例1的区别在于，制备方法如下：
1）对将第二负极活性材料和点状的导电剂进行预混合；
2）在1）中加入m1重量的增稠剂和点状的粘结剂，并加入溶剂将浆料的固含量调制至65-70wt%，搅拌，记为第一浆料；
3）在第一浆料中加入第一负极活性物质和剩余的增稠剂，并加入溶剂将浆料的固含量调制至65-70wt%，搅拌；
4）在3）中加入线状的导电剂，搅拌，记为第二浆料；
5）在第二浆料中加入溶剂，搅拌，进行第二浆料的粘度调制，将粘度调制为目标粘度的110%-125%；
6）将上述5）中的浆料加入线状的粘结剂，搅拌，记录为第三浆料，第三浆料即为成品浆料。
对比例6
一种电池浆料，与实施例1的区别在于，制备方法如下：
将配方量的第一负极活性材料、线状的导电剂、线状的粘结剂、第二负极活性材料、点状的导电剂、点状的粘结剂、增稠剂和溶剂直接混合，获得浆料。
试验例1
对上述实施例1-5和对比例1-6提供的电池浆料进行试验，并给出相应实验数据，以佐证本发明浆料的技术效果
用上述浆料制备成电池，其中正极为磷酸铁锂正极片，负极为用上述实施例或对比例的浆料制片，面密度为16.5mg/cm2，电池N/P设计为1.15；所用正极片配方、压实密度均相同，制作得到电池（制备得到的电池的区别仅在于负极片的浆料不同），测试性能如下表所示。
。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种电池浆料，其特征在于，包括：第一负极活性材料、线状的导电剂、线状的粘结剂、第二负极活性材料、点状的导电剂、点状的粘结剂、增稠剂和溶剂；
所述第一负极活性材料的粒径为13-18μm；
所述第二负极活性材料的粒径为5-10μm；
所述电池浆料中各组分的用量遵循以下关系：
m1×d1=k×m2×d2；
m1×m4=λ×m2×m3；
m5=σ×m6；
M1+M2+M3+M4=M；M3=-0.1M2×M2+0.9M2+0.08；M2/M=0.8%-2%；M4/M=0.7%-1.2%；
其中，m1为第一负极活性材料的质量；d1为第一负极活性材料的D50粒径大小；k为系数，其取值为1.5-2.0；m2为第二活负极活性材料的质量；d2为第二负极活性材料的D50粒径大小；λ为常数，取值为1-1.5；m3为线状的导电剂的质量；m4为点状的导电剂的质量；σ为常数，取值为0.3-0.6；m5为线状的粘结剂的质量；m6为点状的粘结剂的质量；M1为负极活性物质总质量；M2为粘结剂总质量；M3为导电剂总质量；M4为增稠剂总质量。
2.根据权利要求1所述的电池浆料，其特征在于，所述第一负极活性材料、线状的导电剂、线状的粘结剂、第二负极活性材料、点状的导电剂、点状的粘结剂和增稠剂于溶剂中分散均匀。
3.根据权利要求1所述的电池浆料，其特征在于，所述第一负极活性材料和第二负极活性材料为石墨；
和/或，所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂中的至少一种；
和/或，所述溶剂包括去离子水。
4.根据权利要求1所述的电池浆料，其特征在于，所述线状的导电剂包括VGCF、碳纳米管或石墨烯中的至少一种；
和/或，所述点状的导电剂包括炭黑、乙炔黑或科琴黑中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的电池浆料，其特征在于，所述线状的粘结剂包括聚丙烯酸或海藻酸钠中的至少一种；
和/或，所述点状的粘结剂包括丁苯橡胶。
6.权利要求1-5所述的电池浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 将第一负极活性材料和线状的导电剂混合，然后与线状的粘结剂、部分增稠剂，以及溶剂混合，获得固含量为65-70wt%的第一浆料；
b. 将第一浆料与第二负极活性材料、剩余增稠剂，以及溶剂混合，获得固含量为65-70wt%的浆料，然后与点状的导电剂混合，获得第二浆料；
c. 将第二浆料与溶剂混合，调节浆料的黏度为110Pa·S-125Pa·S，然后与点状的粘结剂混合，制备得到电池浆料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述增稠剂的用量遵循以下关系：
m1×m7=λ2×m2×m8；
其中λ2为常数，取值为13-1.8；m7为a步骤中增稠剂的用量；m8为b步骤中增稠剂的用量。
8.一种电池极片，其特征在于，包括集流体和浆料层；所述浆料层设置于所述集流体的至少一侧；
所述浆料层由权利要求1-5任一项所述的浆料制备得到。
9.一种电池，其特征在于，包括权利要求8所述的电池极片。
10.一种储能装置，其特征在于，包括权利要求9所述的电池。
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