一种负极浆料及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种负极浆料及制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)将负极活性物质与第一导电剂混合，得到第一混合干料；(2)将粘结剂和第一混合干料混合，得到第二混合浆料；(3)将第二导电剂和第二混合浆料混合，得到第三混合浆料；(4)将第一溶剂，粘结剂和第三混合浆料混合，得到第四混合浆料；(5)将溶剂和第四混合浆料混合，溶剂包括第一溶剂和/或第二溶剂，得到待处理浆料；(6)依据目标浆料粘度对待处理浆料进行调节，得到负极浆料；第二导电剂包括碳纳米管和/或石墨烯，粘结剂包括聚丙烯酸。本发明专利技术提供的制备方法得到的负极浆料分散均匀，稳定性良好，有利于更好的极片涂覆加工，改善电池内阻和其他电池性能。改善电池内阻和其他电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极浆料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种负极浆料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、环境友好、无记忆效应等优点而备受关注，在3C数码、汽车等领域有着广泛应用。石墨作为负极材料，其理论克容量仅为372mAh/g，越来越无法满足人们对高能量密度电池的需求尤其是5G时代的来临。硅材料具有最高的理论客容量(～4200mAh/g)以及低的放电电压(～0.5Vvs Li/Li
+
)，被认为是取代石墨的最有前景的负极材料之一。硅材料本身导电性较差，一个主要改善措施是在石墨与硅的匀浆过程中加入碳纳米管(CNT)或石墨烯提高导电性。但现在技术制备方法中碳纳米管和石墨烯对硅氧材料和石墨的导电性提高有限，导电性和稳定性不佳。这成为了制约硅材料在锂电池中广泛应用的一大障碍。
[0003]CNTs容易团聚的自身原因第一是纳米颗粒之间受纳米尺寸的影响，具有强的范德华力而呈强团聚效应，第二是一维材料间的缠绕团结。因此常使用的碳纳米管导电剂置于分散介质中，使用的分散剂有小分子和聚合物类型。一般是通过锚固基团与分散剂作用结合，再依靠分散剂之间的静电斥力或空间位阻作用进行分散，最后通过分散剂或表面活性剂的溶剂化特性溶解在介质中，保证了碳纳米管导电液的均匀分散和稳定。当导电浆加入到锂电池浆料中时，原有分散体系部分受到破坏，与浆料中的其他成分之间形成新的混合分散体系，因浆料体系中粘结剂或活性材料性质的不同，新体系的分散性受到影响。
[0004]传统的负极浆料制作中主要使用水系丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)作为粘结剂和分散剂，但当下越来越多的电池公司正在使用聚丙烯酸类(PAA)粘结剂，以应对硅材料在充放电过程中的高膨胀等问题。其问题是多数PAA类粘结剂体系中，添加CNTs或石墨烯的制浆过程中经常存在问题，这影响了电池浆料加工性能、极片加工性能和电池电性能。其主要原因点是碳纳米管和石墨烯在制浆过程中，分散存在较大问题，会引起团聚现象，导致浆料粘度、细度的显著升高和稳定性的显著降低，严重时存在凝胶化，浆料的不良导致极片加工存在问题，严重影响了极片的膜片电阻、剥离强度、柔韧性等，最后导致电池内阻没有改善，内部极化程度不均一等引起电池性能不良，当应用于聚丙烯酸类粘结剂体系时，由于大部分聚丙烯酸类粘结剂其主要成分是丙烯酸，丙烯酰胺，丙烯腈和丙烯酸酯的二元或多元的共聚物，不同型号PAA类粘结剂聚合度差异大，各个共聚单体的含量不同，导致对碳纳米导电剂分散体系的破坏不同。其中特别是丙烯腈，丙烯酰胺类部分，一方面强极性基团容易与其他极性基团形成氢键等作用力，腈基面含有的π电子，容易与碳纳米管或石墨烯的π电子形成强π
‑
π共轭作用，另一方面，丙烯酰胺具备吸附架桥作用和增稠能力，容易形成网络化结构，从而在锂电池匀浆中容易出现材料颗粒之间更强的团聚，不利于负极浆料的规模化加工。
[0005]CN105406039A公开了一种硅碳负极浆料及其制备方法，该硅碳负极浆料组分包括丙烯腈多元共聚LA型水性电极粘结剂、炭黑Super
‑
p导电剂、单臂碳纳米管悬浮乳液、硅碳/
碳纳米管复合负极材料和去离子水。利用碳纳米管导电剂和丙烯腈多元共聚水分散液粘结剂较好的延展性，可以承受硅碳复合负极材料体积的反复膨胀与收缩，提高了材料的循环性能。
[0006]CN109546127A一种硅碳负极浆料及其制备方法，所述硅碳负极浆料含有以下组分：硅基/石墨混合物、粘结剂、单壁碳纳米管、炭黑和偶联剂；所述粘结剂为含有羧基官能团的聚丙烯酸基聚合物。
[0007]上述两篇文献中，均为PAA类粘结剂与碳纳米管的搭配，其在匀浆中容易出现材料颗粒之间更强的团聚，不利于负极浆料的规模化加工。
[0008]因此，如何在不劣化极片加工性能的前提下，优化同时含PAA类粘结剂与碳纳米管或石墨烯的负极浆料，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种负极浆料及制备方法和应用。本专利技术通过浆料中各个原料的加入顺序的调整，避免了在负极活性物质、导电剂、粘结剂分散均匀前，浆料中自由粘结剂与碳纳米管或石墨烯导电剂之间形成强的π
‑
π作用力和其他作用力，不劣化极片加工性能的前提下，改善了当聚丙烯酸类共聚物粘结剂和碳纳米管/石墨烯导电剂在浆料中同时存在时，出现的负极浆料粘度过高，分散困难，容易出现凝胶化的问题，得到的负极浆料稳定性良好，有利于更好的极片涂覆加工，且提升了极片性能，改善电池内阻和其他电池性能。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种负极浆料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0012](1)将负极活性物质与第一导电剂混合，得到第一混合干料；
[0013](2)将粘结剂和第一混合干料混合，得到第二混合浆料；
[0014](3)将第二导电剂和第二混合浆料混合，得到第三混合浆料；
[0015](4)将第一溶剂，粘结剂和第三混合浆料混合，得到第四混合浆料；
[0016](5)将溶剂和第四混合浆料混合，所述溶剂包括第一溶剂和/或第二溶剂，得到待处理浆料；
[0017](6)依据目标浆料粘度对待处理浆料进行调节，得到所述负极浆料；
[0018]其中，所述第二导电剂包括碳纳米管和/或石墨烯，所述粘结剂包括聚丙烯酸。
[0019]本专利技术中提供的粘结剂，其组成除含有聚丙烯酸外，还可含有聚丙烯酸盐，聚丙烯腈，聚丙烯酰胺，聚丙烯酸酯，聚乙烯醇，聚马来酸，聚衣康酸以及上述物质形成的共聚物。
[0020]本专利技术中，负极活性物质、粘结剂与总的导电剂质量的质量比为常规技术选择，即符合常规负极浆料中非溶剂物质加入量的规律，本专利技术均适用，如负极活性材料、粘结剂和总的导电剂的质量之比为(94～97):(2～10):(1～4)。
[0021]本专利技术中，得到待处理浆料后，依据目标浆料粘度进行适应性调节即可，即可加入第一溶剂调节，也可加入第二溶剂调节，还可以重复加入第一和/或第二溶剂进行调节。
[0022]本专利技术通过浆料中各个原料的加入顺序及加入后浆料固含的调整，避免了在负极活性物质、导电剂、粘结剂分散均匀前，粘结剂与碳纳米管或石墨烯导电剂之间形成强的π
‑
π作用力和其他作用力，不劣化极片加工性能的前提下，改善了当聚丙烯酸类共聚物粘结剂
和碳纳米管/石墨烯导电剂在浆料中同时存在时，出现的负极浆料粘度过高，分散困难，容易出现凝胶化的问题，得到的负极浆料稳定性良好，有利于更好的极片涂覆加工，且提升了极片性能，改善电池内阻和其他电池性能。
[0023]本专利技术中，第二导电剂与粘结剂不同时加入，且先加入粘结剂与第一混合干料混合(调控浆料的固含量)，实现了粘结剂对第一混合干料润渗透包覆和分散作用，使其大部分粘结剂已成为边界层和固化层，然后再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将负极活性物质与第一导电剂混合，得到第一混合干料；(2)将粘结剂和第一混合干料混合，得到第二混合浆料；(3)将第二导电剂和第二混合浆料混合，得到第三混合浆料；(4)将第一溶剂，粘结剂和第三混合浆料混合，得到第四混合浆料；(5)将溶剂和第四混合浆料混合，所述溶剂包括第一溶剂和/或第二溶剂，得到待处理浆料；(6)依据目标浆料粘度对待处理浆料进行调节，得到所述负极浆料；其中，所述第二导电剂包括碳纳米管和/或石墨烯，所述粘结剂包括聚丙烯酸。2.根据权利要求1所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述负极活性物质包括石墨材料和硅基材料；优选地，步骤(1)所述第一导电剂包括炭黑、石墨或纳米碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合的原料还包括第一溶剂；优选地，所述第一溶剂包括水；步骤(2)所述第二混合浆料的固含量为50～70％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混合的原料还包括第一溶剂；优选地，步骤(3)所述第三混合浆料的固含量为47～63％；优选地，步骤(1)所述第一导电剂的质量＞步骤(3)所述第二导电剂的质量。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述混合的原料还包括第一溶剂；步骤(4)所述第一溶剂包括水；优选地，步骤(4)所述第四混合浆料的固含量为40～55％。6.根据权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾强，赵林燕，冀亚娟，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：