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CN104795541A - 一种锂离子电池负极浆料制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极浆料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极浆料制备方法，使用90～95重量份的人造石墨和软碳的混合物作为负极活性物质，加入0.5～1重量份的CMC，1～2重量份的水性粘合剂LA133，0.5～1.5重量份的导电剂SP，2～3重量份的SBR，在搅拌器中搅拌均匀得到负极浆料。本发明采用CMC+SBR+LA133组合的水性粘结剂，增强了负极的粘结性，不易发生掉粉现象；省去了纤维状导电剂的使用，降低了成本。

Description

一种锂离子电池负极浆料制备方法
技术领域
本发明涉及电池浆料制备领域，尤其是涉及一种锂离子电池负极浆料制备方法。
背景技术
锂离子电池因具有较高的比能量密度、高的电池工作电压、储存寿命长、自放电率低等优点被广泛应用于混合电动汽车(HEV)、电动汽车(EV)以及笔记本电脑、手机和数码相机等电子信息产品市场中。粘结剂是锂离子电池正负极的重要组成部分，目前用的粘结剂主要有油性和水性，油性粘结剂主要有聚偏氟乙烯（PVDF），PVDF能提供良好的电化学稳定性，对电极材料和集流体有较高粘附力。但是含氟的粘结剂有一定的缺点，易被电解质溶胀，使得电极材料在集流体上粘结变差。而且PVDF需要使用合适的有机溶剂作为分散剂，使用过程中大部分有机溶剂直接挥发进入环境，既不利于有机溶剂回收，也不利于环境保护。水性粘结剂一般采用羧甲基纤维素钠（CMC）和丁苯橡胶乳液（SBR），但在一些负极体系中，比如石墨，CMC和SBR体系并不能起到很好的粘结效果，其粘度会随着温度的升高而降低，容易吸潮，甚至出现负极掉粉的问题。同时，CMC和SBR体系容易出现粘辊现象，且不能用于正极，使用范围受到限制。
如中国专利授权公告号：CN102916166A，授权公告日2013年02月06日的专利文件中，公开了一种锂离子电池浆料的制备方法，包括如下步骤：（1）胶液制备：将去离子水和CMC按比例加入搅拌罐中，打开公转进行低速搅拌，排气完成后将胶液取出待用；（2）浆料制备：向浆料罐中按比例加入石墨和导电剂进行低速公转搅拌，等到干粉全部被润湿后同时打开自转搅拌，如果粘度合格则加入与CMC相同量的SBR粘结剂；（3）出料：出料前对得到的浆料进行抽真空处理，出料时将浆料用小于150目的砂网过滤即可。本发明得到的浆料成分稳定，质量高。但是该CMC和SBR体系的浆料同样存在如下缺陷：其粘度会随着温度的升高而降低，容易吸潮，甚至出现负极掉粉的问题。
发明内容
本发明是为了解决锂离子电池水性粘结剂体系的负极出现掉粉的问题，提供了一种粘结性更好的锂离子电池负极浆料制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池负极浆料制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1）在搅拌器中加入0.5～1重量份的CMC和50重量份的去离子水搅拌制得CMC胶液；
（2）在CMC胶液中加入1～2重量份的水性粘合剂LA133，搅拌均匀；然后加入0.5～1.5重量份的导电剂SP，搅拌均匀；
（3）然后将90～95重量份的人造石墨和软碳的混合物加入到搅拌器中，高速分散均匀；
（4）加入去离子水调节粘度至5000～6000cp；
（5）加入2～3重量份的SBR，搅拌均匀；
（6）经过滤网过滤得到负极浆料。
本发明与现有技术相比，一是采用了人造石墨和比表面积大的软碳混合物的负极体系，适用在高功率型电池上；二是在现有负极浆料的粘结体系CMC-SBR中加入LA133，提高比表面积大的负极体系的粘结力；三是负极体系中只使用了颗粒状导电剂SP就可以保持很好的导电性，省去了纤维状导电剂的使用，降低了成本。
LA133是丙烯腈多元共聚物的水性粘结剂，具有良好的粘结性。它的加入，一方面提高了其粘结性，另一方面，现在锂离子电池的导电剂多使用复合的导电剂，即将颗粒状导电剂和纤维状导电剂协同使用，而LA133其中的聚丙烯腈（PAN）链段具有离子导电性，它的加入可以省去纤维状导电剂的使用，同时整个体系的导电性不受影响，所以降低了成本。
在这个体系中，LA133与CMC共同起到粘结的作用，但LA133加入后极片比较脆，而SBR 是由1，3-丁二烯和苯乙烯共聚制得的弹性体，其乳液用作粘结剂时弹性好，伸长率高，主要用于增加电极片的柔韧性。如果使用LA133+SBR体系而不使用CMC，这样制得的浆料固含较高，浆料比较容易干并且涂布过程中极片表面容易有小颗粒。本发明调配好的CMC、LA133和SBR三者的配方比例，使制得的浆料分散均匀，无颗粒，涂覆后极片表面无开裂，极片柔韧性好，经得起多次卷绕工艺，极片活性物质剥离即掉粉现象不易发生。
本发明和现有技术LA133+SBR体系相比， LA133+SBR体系用在人造石墨和软碳的负极体系中，制备出来的浆料固含很高，且涂布的极片表面粗糙，有花纹，原因可能是因为LA133作为极性很强的材料夺取了SBR中的水，使SBR破乳导致极片表面粗糙。另外，上述LA133+SBR体系的粘结剂都是用在石墨或者混合石墨的负极体系中，而在一些比表面积比较大的负极比如说软碳中，由于软碳的比面积比较大，粘结力较差，LA133+SBR并不能解决其掉粉现象。
本发明在制备工艺方面，利用CMC少量即可成浆的特点，先制备CMC胶液，提高粘度，后加入LA133和导电剂，利用CMC胶液防止后加入的物质沉淀，利于分散。有利于增强制得的极片的导电性和制得的浆料的分散均匀性。分散好活性物质，调节粘度后，加入SBR，和CMC、LA133组成水基类复合粘结剂，增强电池的导电性能和循环性能，同时进一步增强浆料粘结性。
作为优选，在步骤（1）和步骤（4）的去离子水中混入乙醇，得到乙醇水溶液后参与浆料的制备。乙醇的加入可以降低水的表面张力，使得粘合剂和负极材料浸润性更好，物料混合得更均匀，同时也可防止在刮涂极片时可能出现的浆料收缩现象。
作为优选，步骤（3）中高速分散的转速为800～1000rpm。高速分散，依靠剪切力打散物料。
作为优选，步骤（3）中人造石墨和软碳的混合物分两次等量加入。逐步浸透粉料，防止固含量过高，损坏搅拌器。
作为优选，搅拌过程中设置真空条件，压力为-0.09～-0.098MPa。真空消泡，防止分散物料时，产生的大量气泡难以除去，使得混合物料膨胀，胀满搅拌器。
作为优选，所述人造石墨的粒径为4～7μm，软碳比表面积为2.6～3.6m2/g。软碳比表面积较大，软碳的加入，由于它和石墨的结晶性比较类似，比较容易插入锂，能适用锂电池需要的大电流充放电条件，安全性也更好些，并且，它的高温性比较好，在和一些锰系正极匹配时，可以提高电池的高温性能。
有益效果：本发明使用人造石墨和软碳的混合物作为负极活性物质，采用CMC+SBR+LA133组合的水性粘结剂，增强了负极的粘结性，不易发生掉粉现象；省去了纤维状导电剂的使用，降低了成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：
在搅拌器中加入0.7重量份的CMC和50重量份的去离子水，抽成真空即压力为-0.095MPa后，搅拌30min制得CMC胶液，后续搅拌过程保持此真空条件。（2）在CMC胶液中加入1.5重量份的水性粘合剂LA133，搅拌30min；然后加入1重量份的导电剂SP，搅拌30min。（3）然后将92重量份的人造石墨和软碳的混合物分成等量的两部分依次加入到搅拌器中，人造石墨的粒径为5μm，软碳比表面积为3m2/g。开始混合时转速300rpm，混合物和胶液初步融合后高速分散120min，高速分散的转速为900rpm。（4）加入去离子水调节粘度至5500cp。（5）加入2.5重量份的SBR，搅拌30min。（6）经过滤网过滤得到负极浆料。
实施例2：
在搅拌器中加入0.5重量份的CMC和50重量份的10%乙醇水溶液，抽成真空即压力为-0.09MPa后，搅拌30min制得CMC胶液，后续搅拌过程保持此真空条件。（2）在CMC胶液中加入1重量份的水性粘合剂LA133，搅拌30min；然后加入0.5重量份的导电剂SP，搅拌30min。（3）然后将90重量份的人造石墨和软碳的混合物分成等量的两部分依次加入到搅拌器中，人造石墨的粒径为4μm，软碳比表面积为2.6m2/g。开始混合时转速300rpm，混合物和胶液初步融合后高速分散120min，高速分散的转速为800rpm。（4）加入10%乙醇水溶液调节粘度至5000cp。（5）加入2重量份的SBR，搅拌30min。（6）经过滤网过滤得到负极浆料。
实施例3：
在搅拌器中加入0.7重量份的CMC和50重量份的10%乙醇水溶液，抽成真空即压力为-0.095MPa后，搅拌30min制得CMC胶液，后续搅拌过程保持此真空条件。（2）在CMC胶液中加入1.5重量份的水性粘合剂LA133，搅拌30min；然后加入1重量份的导电剂SP，搅拌30min。（3）然后将92重量份的人造石墨和软碳的混合物分成等量的两部分依次加入到搅拌器中，人造石墨的粒径为5μm，软碳比表面积为3m2/g。开始混合时转速300rpm，混合物和胶液初步融合后高速分散120min，高速分散的转速为900rpm。（4）加入10%乙醇水溶液调节粘度至5500cp。（5）加入2.5重量份的SBR，搅拌30min。（6）经过滤网过滤得到负极浆料。
实施例4：
在搅拌器中加入1重量份的CMC和50重量份的10%乙醇水溶液，抽成真空即压力为-0.098MPa后，搅拌30min制得CMC胶液，后续搅拌过程保持此真空条件。（2）在CMC胶液中加入2重量份的水性粘合剂LA133，搅拌30min；然后加入1.5重量份的导电剂SP，搅拌30min。（3）然后将95重量份的人造石墨和软碳的混合物分成等量的两部分依次加入到搅拌器中，人造石墨的粒径为7μm，软碳比表面积为3.6m2/g。开始混合时转速300rpm，混合物和胶液初步融合后高速分散120min，高速分散的转速为1000rpm。（4）加入10%乙醇水溶液调节粘度至6000cp。（5）加入3重量份的SBR，搅拌30min。（6）经过滤网过滤得到负极浆料。

Claims (6)

1.一种锂离子电池负极浆料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）在搅拌器中加入0.5～1重量份的CMC和50重量份的去离子水搅拌制得CMC胶液；
（2）在CMC胶液中加入1～2重量份的水性粘合剂LA133，搅拌均匀；然后加入0.5～1.5重量份的导电剂SP，搅拌均匀；
（3）然后将90～95重量份的人造石墨和软碳的混合物加入到搅拌器中，高速分散均匀；
（4）加入去离子水调节粘度至5000～6000cp；
（5）加入2～3重量份的SBR，搅拌均匀；
（6）经过滤网过滤得到负极浆料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极浆料制备方法，其特征在于，在步骤（1）和步骤（4）的去离子水中混入乙醇，得到乙醇水溶液后参与浆料的制备。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池负极浆料制备方法，其特征在于，步骤（3）中高速分散的转速为800～1000rpm。
4.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池负极浆料制备方法，其特征在于，步骤（3）中人造石墨和软碳的混合物分两次等量加入。
5.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池负极浆料制备方法，其特征在于，搅拌过程中设置真空条件，压力为-0.09～-0.098MPa。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极浆料制备方法，其特征在于，所述人造石墨的粒径为4～7μm，软碳比表面积为2.6～3.6m2/g。
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