一种负极浆料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种负极浆料及其制备方法和用途。所述方法包括以下步骤：(1)将分散剂、导电剂、粘结剂与溶剂混合，得到混合物；(2)将步骤(1)得到的混合物为两部分，一部分混合物加入负极活性物质中，进行混合，得到第一浆料；(3)将剩余部分的混合物加入步骤(2)得到的第一浆料，进行混合，得到所述的负极浆料。所述方法利用部分混合物先将负极活性物质润湿，然后再与剩余部分的混合物进行分散，得到分散效果较好的负极浆料。所述方法不使用表面活性剂，对设备要求低、工艺周期短，具有较高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种负极浆料及其制备方法和用途
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种负极浆料及其制备方法和用途。
技术介绍
锂离子电池以其高能量密度、无记忆效应、储存寿命长以及绿色环保等优点，被广泛的应用于便携式电子设备、仪器仪表和新能源等领域。锂离子电池包括正极片、隔膜和负极片，其中，正极片和负极片通常是采用涂布机将正极浆料或负极浆料涂覆在集流体表面，经烘干、辊压和模切等工艺制备得到，而浆料分散的均匀性直接影响后续制作工艺和正极片、负极片性能的发挥。目前，负极浆料的搅拌工艺主要存在三种：(1)传统湿法工艺：分步将导电剂、石墨加入CMC(羟甲基纤维素钠)和水制得的胶液中，调试好粘度后加入粘结剂(SBR、PAA等)乳液，参见CN107492628A；(2)传统干法工艺：将CMC和水制得的胶液分步加入石墨和导电剂的干粉混合物中，调试好粘度后加入粘结剂乳液，参见CN106159266A；(3)改进的湿法工艺：将分散剂和石墨分步加入导电剂和水中，可分两步或者三步，调试好粘度后加入粘结剂乳液，参见CN107617351A。上述干法和湿法工艺各有优缺点，干法工艺生产效率高，搅拌效果相对比湿法好，设备损耗大，对设备要求高；湿法工艺操作简单，设备要求低，但容易出现混料稳定性较差，耗时长。倍率型锂离子电池通常要求内阻低，导电剂比例高，活性物质粒径小，比表面积大，比普通能量型的浆料分散难度大很多，采用上述工艺(1)制作的浆料稳定性差；工艺(2)搅拌过程中浆料易结块，需要大功率设备才能搅动，严重限制了工厂的大规模生产；工艺(3)在导电剂和水搅拌时易团聚，浆料总体分散不佳，稳定性一般。为了进一步提升负极浆料的分散均匀性和稳定性，研究者们将表面活性剂加入负极浆料中。其中，CN108428865A公开一种锂离子电池负极浆料的制备方法，包括如下步骤：a.按照锂离子电池负极浆料配比称取负极浆料：活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂和表面活性剂；b.将原料中的增稠剂与溶剂混合，待充分搅拌均匀后，取导电剂加入该混合溶剂中，并继续搅拌均匀；c.将表面活性剂加入步骤b的混合物中，搅拌后，将活性物质分三批均量加入，再次充分搅拌1.5h，得到表观均匀的浆料a；d.将粘结剂加入浆料a中，在搅拌过程中用溶剂调节浆料粘度，即得锂离子电池负极浆料；该专利采用分步湿混工艺，负极浆料分散均匀，但是使用的表面活性剂，降低活性物质的含量，增加生产成本，同时对环境和人体不友好。基于现有技术的研究，如何开发一种对设备要求低，工艺周期短的负极浆料的制备方法，所述方法不使用除分散剂之外的表面活性剂，就能得到分散性和稳定性较好的负极浆料，尤其是得到分散性和稳定性好的倍率型负极浆料，克服现有技术中负极浆料均匀性差，导致的负极片循环性能差和可靠性低等缺陷。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种负极浆料及其制备方法和用途。所述制备方法，将分散剂、导电剂、粘结剂与溶剂形成混合物，先将部分所述混合物加入负极活性物质中，将所述负极活性物质润湿，使其具有较好的分散性，然后再与剩余部分的所述混合物进行混合，得到分散性和稳定性较好的负极浆料。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种负极浆料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将分散剂、导电剂、粘结剂与溶剂混合，得到混合物；(2)将步骤(1)得到的混合物分为两部分，一部分混合物加入负极活性物质中，进行混合，得到第一浆料；(3)将剩余部分的混合物加入步骤(2)得到的第一浆料，进行混合，得到所述的负极浆料。本专利技术提供的制备方法，属于干法制备工艺，通过将所述混合物分步加入负极活性物质中，避免所述负极活性物质团聚，不易分散，所述负极活性物质经过润湿、捏合和分散过程，负极浆料的固含量是逐渐下降的过程，制备过程用时较短，浆料分散程度高。在制备过程中，步骤(2)中一部分混合物的作用主要是润湿所述负极活性物质，然后像面团一样捏合，使所述负极活性物质能够在步骤(3)中较好的分散；步骤(3)中剩余部分混合物的作用主要是分散，润湿的负极活性物质和剩余部分混合物一起分散，缩短分散时间，分散效果较佳。所述制备方法对设备要求低，工艺周期短，通过调整分散剂、导电剂、粘结剂和负极活性物质的混合顺序，在不使用除分散剂之外的表面活性剂的情况下，仍能得到分散性和稳定性较好的负极浆料，具有较高的应用价值。现有技术中，将负极活性物质一次性或分步加入混合物中，属于湿法工艺，负极活性物质容易团聚，得到的负极浆料的固含量是逐渐增大的过程，搅拌时间通常比较长，浆料粘度低。而本专利技术提供的制备方法，将混合物分步加入负极活性物质中，负极活性物质等固态活性物质经过润湿、捏合和分散过程，解决了湿法工艺用时较长、浆料粘度低、负极活性物质等固态活性物质容易团聚的难题。本专利技术中，步骤(2)中一部分混合物的用量比例，根据负极活性物质的种类、粒径、比表面积等物化性能和导电剂种类的不同而变化，最终以得到的浆料形态呈面团状为标准，确定具体比例。本专利技术中，对剩余部分的混合物与负极活性物质的混合方式不作具体的限定，可以是一步混合，也可以是分步混合，只要是能够得到分散性和稳定性较好的负极浆料的混合方式，均适用于本专利技术。优选地，所述分散剂包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、瓜尔豆胶或丙烯腈多元共聚物中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性组合：羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸，聚丙烯酸和丙烯腈多元共聚物，羧甲基纤维素钠和瓜尔豆胶等。本专利技术中，对丙烯腈多元共聚物不作具体的限定，可以是LA132，也可以是LA133，只要是本领域技术人员常用的种类，均适用于本专利技术。优选地，所述导电剂包括SP炭黑、KS-6、科琴黑、碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性组合：SP炭黑和科琴黑，碳纤维和碳纳米管，KS-6和石墨烯等。优选地，所述粘结剂包括丁苯橡胶、丙烯酸聚合物或丙烯腈共聚物中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性组合：丁苯橡胶和丙烯腈共聚物，丙烯酸聚合物和丙烯腈共聚物等。优选地，所述溶剂包括水。本专利技术中，对水不作具体的限定，可以是去离子水，可以是超纯水，只要是本领域技术人员常用的水，均适用于本专利技术。优选地，所述负极活性物质包括单质硅、氧化亚硅、石墨、软碳、硬碳或中间相炭微球中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性组合：单质硅和氧化亚硅，石墨和中间相炭微球，软碳和中间相炭微球，石墨、软碳和硬碳等。本专利技术中，所述制备方法尤其对于小颗粒负极活性物质和高导电剂体系的倍率型负极浆料，在分散效果上有明显优势。本专利技术中，根据负极活性物质颗粒大小、导电剂选择、分散剂与粘结剂搭配、锂电池应用场景的差别、生产设备能力等，所述负极浆料中各物料的配比有一定变化，具体根据实际情况搭配。不管配比如何，均适用于本专利技术。作为本专利技术优选的技术方案，以所述分散剂、导电剂、粘结剂和负极活性物质的总质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)将分散剂、导电剂、粘结剂与溶剂混合，得到混合物；/n(2)将步骤(1)得到的混合物分为两部分，一部分混合物加入负极活性物质中，进行混合，得到第一浆料；/n(3)将剩余部分的混合物加入步骤(2)得到的第一浆料，进行混合，得到所述的负极浆料。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将分散剂、导电剂、粘结剂与溶剂混合，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物分为两部分，一部分混合物加入负极活性物质中，进行混合，得到第一浆料；
(3)将剩余部分的混合物加入步骤(2)得到的第一浆料，进行混合，得到所述的负极浆料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散剂包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、瓜尔豆胶或丙烯腈多元共聚物中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述导电剂包括SP炭黑、KS-6、科琴黑、碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述粘结剂包括丁苯橡胶、丙烯酸聚合物或丙烯腈共聚物中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述溶剂包括水；
优选地，所述负极活性物质包括单质硅、氧化亚硅、石墨、软碳、硬碳或中间相炭微球中的任意一种或至少两种的组合。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以所述分散剂、导电剂、粘结剂和负极活性物质的总质量为100％计，所述分散剂的质量百分含量为0.3-3％；
优选地，以所述分散剂、导电剂、粘结剂和负极活性物质的总质量为100％计，所述导电剂的质量百分含量为1-8％；
优选地，以所述分散剂、导电剂、粘结剂和负极活性物质的总质量为100％计，所述粘结剂的质量百分含量为1-4％；
优选地，以所述分散剂、导电剂、粘结剂和负极活性物质的总质量为100％计，所述负极活性物质的质量百分含量为85-98％，优选为85-95％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的混合方式包括：将分散剂与溶剂进行一次混合，得到第一混合液，将导电剂和粘结剂与所述第一混合液进行二次混合，得到混合物；
优选地，所述一次混合包括以下步骤：将分散剂和溶剂进行一次搅拌，刮料，进行二次搅拌；
优选地，所述一次混合中的一次搅拌的公转速度为1-20rpm，优选为5-10rpm；
优选地，所述一次混合中的一次搅拌的自转速度为100-1000rpm，优选为500-1000rpm；
优选地，所述一次混合中的一次搅拌的时间为5-15min，优选为8-12min；
优选地，所述一次混合中的二次搅拌的公转速度为20-30rpm，优选为20-25rpm；
优选地，所述一次混合中的二次搅拌的自转速度为1500-3000rpm，优选为2000-2500rpm；
优选地，所述一次混合中的二次搅拌的时间为60-180min，优选为90-120min；
优选地，以所述第一混合液的质量为100％计，所述分散剂的质量百分含量为0.5-3％，优选为1-2％；
优选地，所述二次混合的方式包括：将导电剂加入第一混合液中，进行一次搅拌，然后加入粘结剂进行二次搅拌；
优选地，所述二次混合中的一次搅拌包括以下步骤：在第一公转速度为1-20rpm、第一自转速度为100-1000rpm下，搅拌5-15min，刮料，然后在第二公转速度为20-30rpm、第二自转速度为1500-3000rpm下，搅拌60-120min；
优选地，所述二次混合中的一次搅拌包括以下步骤：在第一公转速度为5-10rpm、第一自转速度为500-1000rpm下，搅拌8-12min，刮料，然后在第二公转速度为20-25rpm、第二自转速度为2000-2500rpm下，搅拌90-120min；
优选地，所述二次混合中的二次搅拌包括以下步骤：在第一公转速度为1-20rpm、第一自转速度为100-1000rpm下，搅拌5-15min，刮料，然后在第二公转速度为20-30rpm、第二自转速度为1500-3000rpm下，搅拌30-60min；
优选地，所述二次混合中的二次搅拌包括以下步骤：在第一公转速度为5-15rpm、第一自转速度为500-1000rpm下，搅拌8-12min，刮料，然后在第二公转速度为20-25...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾冬冬，刘子文，殷军，芦昱，刘金成，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42