负极浆料添加剂、负极浆料及制备方法、负极片和锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种负极浆料添加剂、负极浆料及制备方法、负极片和锂离子电池。负极浆料添加剂能够与CMC分子链上羧甲基官能团之间发生络合作用。本发明专利技术提供的负极浆料添加剂能够有效调节锂离子电池负极浆料的粘度(浆料粘度最大降幅约55％)，从而增加浆料的均匀性和稳定性，另外，该添加剂制备负极浆料的用量低，可以保证电池成本较低，同时最小化引入的金属离子和阴离子杂质对电池性能的影响。电池性能的影响。电池性能的影响。

【技术实现步骤摘要】
负极浆料添加剂、负极浆料及制备方法、负极片和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种负极浆料添加剂、负极浆料及制备方法、负极片和锂离子电池。

技术介绍

[0002]商用锂离子电池电芯的结构主要包含正极、负极、隔膜、电解液、电池壳等部分，负极材料采用具有较高比容量和长循环寿命的石墨作为活性材料。作为锂离子电池的关键部件之一，负极材料的性能发挥对于电池性能影响具有关键意义。当前锂离子电池的发展方向主要集中于更高的能量密度和低的成本，而提高极片上活性物质负载量即可减少集流体箔材、隔膜的使用，有效得提高活性物质重量占比和降低电池成本，提高极片活性物质负载量的途径通常依赖于提高负极浆料的固含量。除此之外，提升浆料固含量可以减少溶剂的大量使用，使得涂布、干燥工序中溶剂不均匀挥发引起的极片裂纹风险大幅降低。负极石墨材料匀浆采用的是环境无污染的水性分散剂/粘结剂体系，使得浆料的固含量通常在较低水平，通常，由于石墨较大的密度，过高的固含量会导致浆料沉降，且过高的固含量也会引起浆料粘度增大而无法涂布。
[0003]负极浆料固含量、粘度对于负极材料加工性、电池性能发挥优或劣具有重要的决定性作用。商用锂离子电池负极匀浆工序制备的浆料固含量通常在45
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60％之间，粘度在2000
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6000mPa.s范围；负极浆料的稳定性及粘度通过CMC的分散作用来实现，由于CMC分子链上疏水性主链与石墨颗粒分子间作用力更强，亲水性羧甲基官能团更倾向于分散在石墨颗粒表面，石墨颗粒之间由于羧甲基挂能团负电荷间的排斥作用而保持稳定的距离，实现石墨颗粒的均匀分散；而浆料的粘度则主要集成来自于CMC溶液，即溶液中舒展的CMC分子链之间的互相纠缠引起的粘度上升。为保证涂布效果及浆料稳定性，通过调节浆料固含量、羧甲基纤维素(CMC)分散剂的用量，或CMC的分子链可以达到控制浆料粘度的目的。
[0004]如前所述，浆料固含量降低会来大幅增加极片烘干裂纹风险和降低生产效率；为提高浆料固含量而降低CMC用量或分子量会引起极片粘结力下降，进而影响电池循环稳定性，尤其是循环后期负极活性物质脱落会导致电池性能断崖式下降；也有部分研究采取在CMC分子链上进行接枝疏水性链段的方式以降低CMC水溶液的粘度，但是这类CMC化学改性通常涉及大量使用有毒的化学试剂和电池成本上升。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种负极浆料添加剂、负极浆料及制备方法、负极片和锂离子电池。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本专利技术提供一种负极浆料添加剂，其能够与CMC分子链上羧甲基官能团之间发生络合作用。
[0008]负极浆料添加剂化学式为AxBy，其中A为Be、Mg、Al、Ca或Ga中的至少一种，其中B为
Cl、Br、SO4、HCOO、CH3COO、或C2H5COO的至少一种，1≤x≤3,1≤y≤2；
[0009]优选的，A为Ca，B为Cl、Br、SO4。
[0010]本专利技术还包括一种负极浆料，包括所述的负极浆料添加剂和负极材料；
[0011]所述的负极材料中至少含有CMC；
[0012]所述的负极浆料添加剂干重占负极材料干重的质量百分含量为0.01％
‑
0.1％。
[0013][0014]优选的，所述的负极浆料添加剂干重占负极材料干重的质量百分含量为0.02％
‑
0.05％。
[0015]所述的负极材料包括下述质量份组分：
[0016]负极活性材料92.9份
‑
97.46份、导电剂0.5份
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2份、粘结剂2.0份
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5.0份；
[0017]所述的粘结剂中至少含有CMC。
[0018]所述的负极活性材料为人造石墨或天然石墨中的至少一种。
[0019]所述的导电添加剂为炭黑、导电石墨或碳纤维中的至少一种。
[0020]所述的粘结剂包括CMC；
[0021]优选的，所述的粘结剂包括CMC以及其他粘结剂；所述的其他粘结剂为纤维素、不包含CMC的改性纤维素、丁苯橡胶或改性丁苯橡胶中的至少一种。
[0022]本专利技术还提供一种所述的负极浆料的制备方法，包括如下步骤
[0023](1)将粘结剂与溶剂均匀混合，形成混合胶物；
[0024](2)按照组分量将导电添加剂加入步骤(1)得到的混合胶物进行混合形成导电胶体；
[0025](3)按照组分量取负极活性材料与导电胶体进行混合形成浆料；
[0026](4)将浆料分散后进行冷却抽真空后制得成锂离子电池负极浆料。
[0027]负极浆料添加剂与溶剂混合后的混合物在步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中任意一项步骤或多项步骤中分别加入；
[0028]优选的，负极浆料添加剂与溶剂混合后的混合物在步骤(1)中加入。
[0029]本专利技术还提供一种负极片，所述负极片包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层采用如上所述的负极浆料制备得到。
[0030]本专利技术还提供一种锂离子电池，包括使用所述的负极浆料制备得到的负极片。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术提供的调节降低锂离子电池浆料粘度的添加剂配方合理，降粘添加剂的用量在负极材料固体重量中占比为0.01
‑
0.1wt％，优选为0.02
‑
0.05wt％。足够低的添加量可以保证电池成本较低，同时最小化引入的金属离子和阴离子杂质对电池性能的影响。
[0033]如此低的降粘添加剂用量能够有效调节锂离子电池负极浆料的粘度(浆料粘度最大降幅约55％)，可用于解决负极材料浆料固含量过高时浆料的粘度过高问题，避免出现因浆料固含量过高引起的浆料沉降或粘度过大的现象，从而增加浆料的均匀性和稳定性；此外，降粘添加剂的引入有望在溶剂挥发后继续保持对CMC分子链上羧甲基官能团的络合作用，理论上能够实现负极极片中活性物质之间的粘结力，利于在电池循环后期保持负极结构的稳定，保证电池循环稳定性发挥。
[0034]本专利技术提供的制备方法能快速制出粘度可控，固含量可提升的锂离子电池负极浆
料，且工艺步骤简洁，易于实现，生产率高。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例以及对比例的黏度稳定性测试结果图；
[0036]图2中a
‑
f为本专利技术实施例以及对比例的浆料细度测试结果图；
[0037]图3
‑
7为专利技术不同实施例与对比例的放电比容量结果图。
具体实施方式
[0038]为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本申请中如无特殊说明，百分含量均为质量百分含量。
[0039]实施例1
[0040]将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极浆料添加剂，其特征在于，所述负极浆料添加剂能够与CMC分子链上羧甲基官能团之间发生络合作用。2.根据权利要求1所述的负极浆料添加剂，其特征在于，所述负极浆料添加剂化学式为AxBy，其中A为Be、Mg、Al、Ca或Ga中的至少一种，其中B为Cl、Br、SO4、HCOO、CH3COO、或C2H5COO的至少一种，1≤x≤3,1≤y≤2；优选的，A为Ca，B为Cl、Br、SO4。3.一种负极浆料，其特征在于，包括权利要求1或者2所述的负极浆料添加剂和负极材料；所述的负极材料中至少含有CMC；所述的负极浆料添加剂干重占负极材料干重的质量百分含量为0.01％
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0.1％。4.根据权利要求3所述的负极浆料，其特征在于，所述的负极浆料添加剂干重占负极材料干重的质量百分含量为0.02％
‑
0.05％。5.根据权利要求3所述的负极浆料，其特征在于，所述的负极材料包括下述质量份组分：负极活性材料92.9份
‑
97.46份、导电剂0.5份
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2份、粘结剂2.0份
‑
5.0份；所述的粘结剂中至少含有CMC。6.根据权利要求5所述的负极浆料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵自强，薛有宝，徐晓明，靳卓，赵李鹏，曾涛，
申请(专利权)人：力神青岛新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：