锂离子电池负极浆料的制备及评估方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极浆料的制备方法，从来料入手，选出合适粘度的负极材料，再进行干法搅拌制备浆料。在浆料制备过程中对制浆过程进行优化，提高浆料中各组分的分散均匀性。本发明专利技术还提供了一种锂离子电池负极浆料的评估方法，对浆料粘度、固含量进行测试；然后将浆料进行涂布制成极片，对极片进行SEM测试和EDS测试，评估负极浆料的性能。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池负极浆料的制备及评估方法
本专利技术属于锂离子电池电极浆料
，具体涉及一种锂离子电池负极浆料的制备方法，以及评估方法。
技术介绍
锂离子电池一般包括正极极片、负极极片、隔膜，电极极片制备过程中，先将电极材料（活性材料，比如钴酸锂、钛酸锂、石墨等）、导电剂、粘结剂、溶剂一起制成电极浆料，再将其按要求进行涂布、干燥，制成电极极片。锂离子电池电极浆料的性能对电池性能有着重要的影响，电极浆料中各组分分散的越均匀，电极极片便具有越好的加工性能，并且可以使得电极各处的阻抗分布更加均匀，在充放电时活性物质能够发挥更充分的作用，从而提升锂离子电池的性能，目前锂离子电池大多采用油系正极浆料、水系负极浆料的配置。对于水系负极浆料，一般采用搅拌工艺制备。搅拌工艺分为湿法搅拌和干法搅拌。湿法搅拌方法主要为打胶、干混、分批加料三个步骤，即先将羧甲基纤维素钠（CMC）溶解制得胶液备用，再将负极活性材料（如石墨）和导电剂混合均匀后加入到胶液中混合搅拌，形成非牛顿流体类浆料，最后在浆料中加入粘结剂（如SBR），将浆料粘度调整至工艺范围（如3000~5000mpa·s），再进行涂布，制作电极极片。湿法搅拌浆料制作周期较长，每釜反应需要7~10小时，并且在配料和加料过程中需要对反应釜进行频繁的开闭操作，易导致空气中的粉尘掉入浆料造成污染或者胶液沾壁导致损耗增加，抽真空除气泡过程在胶液未完全溶解情况下会影响浆料出货比例变化，从而导致电池电性能下降。干法搅拌不需要单独进行打胶，先将负极活性材料、导电剂、CMC进行混合分散，再加入胶液，最后加入粘结剂（如SBR），将浆料粘度调整至工艺范围（如3000~5000mpa·s），干法搅拌设备具有强大的机械能和剪切摩擦作用，可以使负极活性材料、导电剂、CMC充分分散并相互作用，使得导电剂均匀包覆在活性材料颗粒表面，避免小颗粒在负极浆料中二次团聚和沉降，还能避免空气中的粉尘污染浆料，因此，干法搅拌制得的负极浆料更加均匀稳定，并且制浆时间较湿法搅拌缩短至3.5~5小时，能够有效提高制浆效率。但是干法搅拌对设备要求较高，使得制浆成本有所上升。针对干法搅拌，技术工作者对加料方法、混合方法、搅拌方法做了大量研究，旨在提高负极浆料中各原料的均匀性，提高锂离子电池的综合性能。申请号为201810977615.8名为《锂离子电池负极浆料制备工艺》的专利技术专利，将石墨主料、导电剂、增稠稳定剂一次全部干混，再进行分散，优化了捏合固含量、捏合时间、分散时间等参数，制得的负极浆料固含量提高5%~10%，有利于提高浆料的涂布性能。申请号为201710914647.9名为《一种锂离子电池负极浆料的制备方法》的专利技术专利，在制浆过程中将石墨分两次加入、溶剂两次润湿粉体、前期高粘度搅拌、后期低粘度搅拌，浆料中各组分混合均匀，制浆时间为145~185min，进一步地缩短了负极浆料的制备时间，提高了生产的可控性。上述干法搅拌方法，均是对来料直接进行操作。实际上，为了提高负极浆料的分散均匀性，从来料入手，对来料进行筛选，选出合适的活性材料，再对干法搅拌方法进行优化，能够进一步提高浆料的性能。另外，对于搅拌工艺的评估，现有技术通常是从浆料的粘度、固含量，结合成品电芯的电性能进行评估，该评估方法能够客观反映出浆料的性能，但是存在一定的滞后性，评估周期较长。
技术实现思路
为了解决所述现有技术的不足，本专利技术提供了一种锂离子电池负极浆料的制备方法，从来料入手，选出合适粘度的负极材料，再进行干法搅拌制备浆料。在浆料制备过程中对制浆过程进行优化，提高浆料中各组分的分散均匀性。本专利技术还提供了一种锂离子电池负极浆料的评估方法，对浆料粘度、固含量进行测试；然后将浆料进行涂布制成极片，对极片进行测试，评估负极浆料的性能。本专利技术所要达到的技术效果通过以下方案实现：本专利技术提供了一种锂离子电池负极浆料的制备方法，包括如下步骤：S01：建立如式Ⅰ所示锂离子电池负极材料的沉降系数与其制备的流体的粘度的关系模型；S02：所述关系模型中，沉降系数随粘度的增大先减小后趋于稳定，选出沉降系数稳定时对应的粘度区间，根据所述粘度区间选择负极材料的粒径，进而根据所述粒径选择负极材料制备负极浆料；S03：将S02中选出的负极材料与导电剂、增稠剂混合搅拌；S04：在S03所得混合物中加入溶剂、增稠剂，搅拌混合；S05：在S04所得混合物中加入粘结剂，将混合物粘度调节至工艺范围，得到负极浆料；w=aμ3+bμ2+cμ+d式Ⅰ；式Ⅰ中w为负极材料的沉降系数；μ为以所述负极材料制备的流体的粘度；a、b、c、d为拟合系数。进一步地，根据所述粘度区间选择负极材料的方法为：对于不同批次的负极材料，选择所述粘度区间对应沉降系数最小的批次作为负极材料。进一步地，所述负极材料为石墨或钛酸锂。进一步地，S01中所述负极材料的沉降系数通过斯托克斯公式计算确定。进一步地，所述导电剂为SuperP、乙炔黑、SuperS、KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15、科琴黑、CNTs、VGCF、石墨烯中的一种或几种；所述粘结剂为SBR、聚偏氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、聚丙烯酸、海藻酸钠中的一种或几种。进一步地，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。进一步地，所述溶剂为水。进一步地，S02中增稠剂与S03中增稠剂的质量比为1：（0.4~2.5）。优选地，S02中增稠剂与S03中增稠剂的质量比为1：1.5。本专利技术中从负极材料的原料入手，对负极材料原料进行筛选，首先根据负极材料原料的粒径，结合斯托克斯沉速公式确定其沉降系数，然后建立负极材料沉降系数与粘度的关系模型，在建立关系模型过程中，将粘度和沉降系数进行拟合，拟合结果为采用三次多项式拟合的结果可靠性最高，相关系数R2大于0.99，因此，本专利技术中采用三次多项式拟合建立负极材料沉降系数与粘度的关系模型，能够客观准确反映负极材料沉降系数与粘度的关系。在所述关系模型中，沉降系数随粘度的增大先减小后趋于稳定，根据模型选出沉降系数稳定的粘度区间，进而选出对应于该粘度区间粒径范围的石墨原料。根据此粘度区间选取出的负极材料沉降系数稳定，即在浆料制备过程中，处于浆料釜中同一位置的浆料具有良好的均匀性，因此根据上述沉降系数与粘度的关系模型选取出负极材料能够提高浆料釜中同一位置浆料的均匀性。另一方面，在负极浆料制备的实际工艺中，负极材料可能由不同的供应商提供，或者是同一供应商提供的不同批次，因此，负极材料的原料会有一定的差异，在制浆过程相同的工艺条件下，不同的原料可能因为自身的性能不同而导致浆料的不均匀。沉降系数偏大的材料易沉降，会出现浆料上下分层的现象，导致后续工序加工出现异常，比如涂布后的极片面密度不符合规格等。负极材料是负极浆料中的主要成分，负极材料沉降系数过大不利于其在浆料中的均匀分散，选用沉降系数小的原料作为负极材料易与浆料中的其他组分在搅拌过程中充分混合，有利于提高浆料的均匀性。因此对于不同批次的负极材料，选择在上述粘度区间内对应沉降系数最小的批次作为负极材料。根据本专利技术中的沉降系数与粘度模型，能够对负极材料原料进行筛选，确保浆料釜中同一位置的浆料分散均匀，同时在此基础上，选择沉降系数小的原料制备负极浆料，能够有效提高整体浆料的均匀性。在选取了合适负极材料之后，负极材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：建立如式Ⅰ所示锂离子电池负极材料的沉降系数与其制备的流体的粘度的关系模型；S02：所述关系模型中，沉降系数随粘度的增大先减小后趋于稳定，选出沉降系数稳定时对应的粘度区间，根据所述粘度区间选择负极材料的粒径，进而根据所述粒径选择负极材料制备负极浆料；S03：将S02中选出的负极材料与导电剂、增稠剂混合搅拌；S04：在S03所得混合物中加入溶剂、增稠剂，搅拌混合；S05：在S04所得混合物中加入粘结剂，将混合物粘度调节至工艺范围，得到负极浆料；w=aμ

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：建立如式Ⅰ所示锂离子电池负极材料的沉降系数与其制备的流体的粘度的关系模型；S02：所述关系模型中，沉降系数随粘度的增大先减小后趋于稳定，选出沉降系数稳定时对应的粘度区间，根据所述粘度区间选择负极材料的粒径，进而根据所述粒径选择负极材料制备负极浆料；S03：将S02中选出的负极材料与导电剂、增稠剂混合搅拌；S04：在S03所得混合物中加入溶剂、增稠剂，搅拌混合；S05：在S04所得混合物中加入粘结剂，将混合物粘度调节至工艺范围，得到负极浆料；w=aμ3+bμ2+cμ+d式Ⅰ；式Ⅰ中w为负极材料的沉降系数；μ为以所述负极材料制备的流体的粘度；a、b、c、d为拟合系数。2.如权利要求1所述锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：根据所述粘度区间选择负极材料的方法为：对于不同批次的负极材料，选择所述粘度区间对应沉降系数最小的批次作为负极材料。3.如权利要求1所述锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：所述负极材料为石墨或钛酸锂。4.如权利要求1所述锂离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于：S01中所述负极材料的沉降系数通过斯托克斯公式计算确定。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞平，陈辉，王伟，王次强，李世平，
申请(专利权)人：深圳市比克动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44