一种抗沉降硅基电池浆料及其制备方法技术

本发明专利技术是一种抗沉降硅基电池浆料及其制备方法，该电池浆料的化学成分及质量份数比为：硅材料20～100份，冷致热可逆凝胶1～5份，导电剂1～10份导电剂，羧甲基纤维素钠1～5份，乙醇1～10份，水100份水，其制备方法是利用结冷胶、可得胶等冷致热可逆凝胶水溶液在40℃以下形成分子交联固化，在60℃以上变为液态的特点，使电池浆料在常温下为固体，不具有流动性，其中均匀分散的活性物质和导电剂空间位置被凝胶基体固定，不会发生团聚和沉降问题，提高了水系电池浆料的储存时间和电池性能。了水系电池浆料的储存时间和电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种抗沉降硅基电池浆料及其制备方法


[0001]本专利技术是一种抗沉降硅基电池浆料及其制备方法，属于电池


技术介绍

[0002]当前，锂离子电池硅负极极片制作需要加入活性物质、导电剂、粘结剂等在水中匀浆，活性物质与导电剂的均匀分散对极片性能至关重要。而提前将活性物质、导电剂等物质与水分散均匀的水系电池浆料则可以大大缩短工时，甚至得到更好性能的极片。近年来高比容量但导电性差、体积膨胀严重的硅负极材料作为活性物质在电池中的应用不断增加，电池浆料的均匀性、粘结性、导电性等性能尤其重要。
[0003]电池中使用的硅等活性物质和导电剂都为疏水材料，且含量较高，因此水系电池浆料往往存在颗粒易团聚和沉降问题，现有解决方法是通过加入分散剂和增稠剂来延缓导电剂的沉降速度，但是效果非常有限，大多需要现配现用，均浆时间长，增加大量人力和物力成本，且过量的分散剂和增稠剂反而影响极片品质和粘附性，尤其是加入了碳纳米管和碳纤维的电池浆料，导电剂极易团聚缠结和沉降，重新分散又非常耗时耗力，且难免造成工艺误差。因此水系电池浆料的团聚和沉降问题急需解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种抗沉降硅基电池浆料及其制备方法，其目的是利用冷致热可逆凝胶水溶液在40℃以下形成分子交联固化，在60℃以上变为液态的特点，使电池浆料在常温下为固体，不具有流动性，其中均匀分散的活性物质和导电剂空间位置被凝胶基体固定，不会发生团聚和沉降问题，提高了水系电池浆料的储存时间和电池性能。r/>[0005]为达到以上目的，本专利技术技术方案的内容如下：
[0006]本专利技术技术方案提供了一种抗沉降硅基电池浆料，其特征在于：该电池浆料的化学成分及质量份数比为：硅材料20～100份，冷致热可逆凝胶1～5份，导电剂1～10份导电剂，羧甲基纤维素钠1～5份，乙醇1～10份，水100份水。
[0007]在实施时，所述硅材料为氧化硅或纳米硅。
[0008]在实施时，所述冷致热可逆凝胶为结冷胶或可德然胶中的一种或两种的混合物。
[0009]在实施时，所述导电剂为乙炔黑、炭黑、VGCF、石墨烯或碳纳米管中的一种或几种的混合物。
[0010]进一步，该电池浆料中的硅材料的质量百分比含量为40～60％。
[0011]本专利技术技术方案还提供了一种用于上述抗沉降硅基电池浆料的制备方法，其特征在于：该制备方法的步骤如下：
[0012]步骤一、在高速搅拌机中加入水，搅拌升温后缓慢加入冷致热可逆凝胶，完全溶解后加入羧甲基纤维素钠，高速搅拌0.5～5h；
[0013]步骤二、将导电剂加入乙醇润湿后加入搅拌机中，高速搅拌0.5～5h；
[0014]步骤三、将硅材料加入搅拌机中，高速搅拌0.5～5h；
[0015]步骤四、将搅拌机中的混料罐装，冷却凝固后，得到果冻状固态的抗沉降硅基电池浆料。
[0016]在实施时，所述高速搅拌的速度为1000～2000rpm，搅拌温度为55℃～70℃。
[0017]在实施时，所述抗沉降硅基电池浆料在使用时，将其加热至60～70℃或进行高速搅拌成液态，可加入适量水稀释。
[0018]本专利技术技术方案的特点及有益效果为：
[0019](1)本专利技术技术方案中采用的结冷胶、可德然胶属于冷致热可逆凝胶，常用于食品和药品领域，在电池浆料领域首次应用，本专利技术利用其冷致热可逆性，可作为电池浆料添加剂使用；结冷胶、可德然胶在55℃以上时是液态，在40℃以下分子交联形成固体凝胶，与其他凝胶剂相比，结冷胶、可德然胶可以根据实际需求随意调换固液态，且转变温度在60℃附近，对比明胶、琼脂等转变温度在40℃左右的凝胶，更加利于存储、运输和使用，炎热环境下也能保证浆料体系稳定性；结冷胶、可德然胶本身具有粘附性能，对浆料体系来说可以增强粘接性，提高产品电池性能。
[0020]本专利技术技术方案中采用的结冷胶、可德然胶制备的抗沉降硅基电池浆料常温下像果冻一样易于挖取，且取用时不会挂壁造成浪费。其中，冷致热可逆凝胶的用量是本专利技术技术方案中一个重要的技术特点，在研究中发现，当电池浆料中的冷致热可逆凝胶含量过低时则无法形成凝胶，含量过高时则太硬，使用不便，因此冷致热可逆凝胶的含量也至关重要，当添加量小于1份时，电池浆料常温仍然具有流动性无法凝固，当添加量大于5份时，浆料凝固后不再是果冻状，变为坚硬固体而使用不便，因此本专利技术技术方案结合冷致热可逆凝胶凝固点和电池浆料性能设计了1～5份的冷致热可逆凝胶添加量。
[0021]所以，本专利技术技术方案得到的抗沉降硅基电池浆料在常温下为固体，不具有流动性，而在使用时只需加热或搅拌即可恢复为液态，另外，抗沉降硅基电池浆料在固体状态下，其中均匀分散的导电剂的空间位置被冷致热可逆凝胶链段固定，缓解水系浆料团聚和沉降问题，杜绝了水系电池浆料沉降的问题，并且大大提高了水系电池浆料的储存时间和导电性能，减少了重新搅拌分散造成的时间人力物力的浪费。
[0022](2)本专利技术技术方案中采用少量乙醇的加入来提高疏水材料的润湿性，提高浆料的分散均匀性，而添加量增大后又可能造成凝胶剂、粘结剂的变性，因此本专利技术经研究后，提供了1～10份的乙醇的合理配比。
[0023](3)本专利技术技术方案中所述的高速搅拌的优选搅拌温度为55℃～70℃，经研究发现，当搅拌温度在80℃以上时，冷致热可逆凝胶可能变为冷致热不可逆凝胶，凝固后无法通过二次加热变为液态，搅拌温度在55℃以下时，冷致热可逆凝胶在水中溶解速度较慢甚至难以溶解。
[0024](4)本专利技术技术方案制备抗沉降硅基电池浆料的工艺具有批量化、快速、高效的优势，且兼具安全性、环保性、低能耗等特点，易于生产且成本较低，可广泛用于锂离子电池电极材料和能源材料等领域。在锂电池、超级电容器、储氢、催化等方面有优异的性能和良好的应用前景。
具体实施方式
[0025]以下将结合实施例对本专利技术技术方案作进一步地详述：
[0026]实施例1
[0027]本实施例制备本专利技术所述抗沉降硅基电池浆料的过程是：将1％结冷胶、1％可得胶、3％羧甲基纤维素钠与水混合，加热70℃搅拌4h，加入1％聚乙烯吡咯烷酮、3％乙炔黑、0.5％碳纳米管、5％乙醇继续分散2h，加入30％氧化硅或纳米硅继续搅拌1.5h，将分散液罐装密封。
[0028]实施例2
[0029]本实施例制备本专利技术所述抗沉降硅基电池浆料的过程是：将2％结冷胶、1％明胶、4％羧甲基纤维素钠与水混合，加热65℃搅拌3h，加入1％聚炭黑、2％乙炔黑、0.5％碳纳米管、5％乙醇、3％NMP继续分散2h，加入50％氧化硅或纳米硅继续搅拌1.5h，将分散液罐装密封。
[0030]实施例3
[0031]本实施例制备本专利技术所述抗沉降硅基电池浆料的过程是：将2％结冷胶、2％海藻酸钠、2％羧甲基纤维素钠与水混合，加热65℃搅拌3h，加入0.5％聚乙烯吡咯烷酮、2％乙炔黑、1％石墨烯、6％NMP继续分散2h，加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗沉降硅基电池浆料，其特征在于：该电池浆料的化学成分及质量份数比为：硅材料20～100份，冷致热可逆凝胶1～5份，导电剂1～10份导电剂，羧甲基纤维素钠1～5份，乙醇1～10份，水100份水。2.根据权利要求1所述的抗沉降硅基电池浆料，其特征在于：所述硅材料为氧化硅或纳米硅。3.根据权利要求1所述的抗沉降硅基电池浆料，其特征在于：所述冷致热可逆凝胶为结冷胶或可德然胶中的一种或两种的混合物。4.根据权利要求1所述的抗沉降硅基电池浆料，其特征在于：所述导电剂为乙炔黑、炭黑、VGCF、石墨烯或碳纳米管中的一种或几种的混合物。5.根据权利要求1或2所述的抗沉降硅基电池浆料，其特征在于：该电池浆料中的硅材料的质量百分比含量为40～60％。6.一种用于权利要求1所述抗沉降硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐新，王维贤，燕绍九，南文争，洪起虎，刘佳让，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：