一种快速溶解羧甲基纤维素钠的方法与流程

本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种快速溶解羧甲基纤维素钠的方法，具体涉及一种在锂离子电池负极材料制备时，快速溶解羧甲基纤维素钠的方法。

背景技术：

羧甲基纤维素钠(carboxymethylcellulosesodium，简称cmc)，为乳白色纤维状粉末及颗粒，溶解在水中成透明胶状液。在锂离子电池制备过程中，常被作为锂离子电池负极材料不可或缺的粘合剂、助悬剂、增稠剂。锂电负极浆料配方主要由碳粉、导电剂、cmc、丁苯橡胶(sbr)和去离子水。碳粉和导电剂均不溶于去离子水中，靠cmc分散。cmc对碳粉和导电剂的分散起着至关重要的作用。

cmc溶解的效果直接影响到负极浆料的分散效果。行业内的实际案例和研究表明，以cmc和sbr为负极粘结剂的体系浆料，颗粒问题大多数跟cmc的分散效果相关。

cmc常规溶解方法有两种：一是将cmc粉均匀撒在去离子水上搅拌或研磨；二是将cmc粉均匀撒在去离子水上，放置一段时间，使其自然吸水膨胀后再搅拌；这两种方法实际操作起来费时费力，很难达到理想的分散效果，因为cmc粉末具有很强的吸湿性，最先接触到去离子水的cmc分子吸水膨胀后具有很强的粘合力，他们随即粘附在没有接触水的cmc粉末周围，形成内干外湿的颗粒，后期将其均匀分散开很难，需要高速搅拌分散很长时间，才能将颗粒分散开。但是由于长时间高速的搅拌预混液的粘稠度减弱，助悬和增稠的作用也将会明显降低。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种快速溶解羧甲基纤维素钠的方法，通过碳酸乙烯酯(ec)首先浸湿分散羧甲基纤维素钠，再溶于去离子水中，与传统的方法相比，本发明不仅缩短搅拌时间还可以增强羧甲基纤维素钠的分散效果，最终实现增强其助悬、增稠的作用。同时ec不仅是对电池友好的电解质溶液，还是部分负极“一液型”binder的增塑剂，由于其沸点较高，在浆料涂布过程中能够保证极片干燥阶段的均匀性，避免表面层快速的“结壳”现象，进而改善极片干燥开裂问题，可以提高干燥时烘箱温度和风频，大大提高涂布速率。

本发明采取的技术方案为：

一种快速溶解羧甲基纤维素钠的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将羧甲基纤维素钠与碳酸乙烯酯混合，搅拌均匀制备得到羧甲基纤维素钠的碳酸乙烯酯的溶液；碳酸乙烯酯与nmp和乙醇相比，除了可以避免nmp导致的浆料团聚、乙醇有闪电危险的问题以外，ec还是电池友好型添加剂，同时其为电解液成分之一，即使残留不会对电池性能有危害；此外ec在阳极浆料中还可以改善极片干燥时开裂问题；

(2)羧甲基纤维素钠的碳酸乙烯酯的溶液加入到水中，在负压下进行搅拌。

进一步地，步骤(1)中，所述羧甲基纤维素钠与碳酸乙烯酯的质量之比为1：2～3，以保证羧甲基纤维素钠被碳酸乙烯酯充分润湿，但是碳酸乙烯酯的用量不能过多，否则会影响锂离子电池负极材料制备时原料的配比及负极材料涂布时的单位面积的重量。

步骤(2)中，所述羧甲基纤维素钠的碳酸乙烯酯的溶液与水的质量之比为1：20～30。

步骤(2)中，所述水为去离子水。

步骤(2)中，所述负压的压力为-50kpa，这样可增加cmc粉末表面空气的脱离，增加浸湿，增加其在水中的溶解性。

步骤(2)中，在负压下搅拌60min，即可实现羧甲基纤维素钠在水中全部溶解。

所述羧甲基纤维素钠在锂离子电池负极材料中作为粘合剂、助悬剂或者增稠剂。

本发明提供的快速溶解羧甲基纤维素钠的方法中，首先以ec润湿cmc粉末，cmc不溶于ec，但是ec易溶于水，当含有cmc的ec溶液与去离子水混合时，ec能够阻隔cmc团聚，利于cmc颗粒在水中的快速溶解溶胀。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的方法能够降低羧甲基纤维素钠的吸湿性，避免团聚形成颗粒；

2、完全溶解羧甲基纤维素钠所需要的搅拌时间能够大大减少，羧甲基纤维素钠所应具备的助悬及增稠作用得以保证；

3、在极片干燥过程中高沸点ec均匀挥发，能够避免极片表面“结壳”现象改善开裂问题，同时能够提高涂布烘箱温度和风频，提高涂布效率；

4、ec为“扣电池”的电解质溶液，对电池性能友好，并且对浆料生产过程安全。

附图说明

图1为本发明溶解羧甲基纤维素钠的工艺流程图；

图2为24h制备时间内cmc水溶液的粘度变化曲线图；

图3为比较例1中的溶解羧甲基纤维素钠的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种快速溶解羧甲基纤维素钠的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)搅拌罐内注入5.73kg去离子水待用；

(2)称取羧甲基纤维素钠90g与ec180g混合并快速搅拌得到混合的羧甲基纤维素钠的ec溶液；

(3)将第(2)中配制的羧甲基纤维素钠的ec溶液，迅速倒入搅拌罐内；

(4)在真空度为-50kpa的条件下搅拌30min，测试胶液粘度8424mpa.s，监测24h内粘度变化图；

(5)在真空度为-50kpa的条件下继续搅拌30min，测试胶液粘度9173mpa.s，使用强光照射观察胶液已透光均匀，监测24h内粘度变化；

(6)在真空度为-50kpa的条件下再加搅30min，测试胶液粘度9258mpa.s，监测24h内粘度变化；

(7)搅拌完成后的胶液真空保存待用。

从制备过程中观察的cmc溶液的状态可以得知，30min搅拌后，溶液中仍然有极少没有溶解的cmc小团聚体，60mim搅拌后溶液以澄清，cmc已完全溶解。

图2监测的是24h以内的30min、60min和90min搅拌后cmc溶液的粘度变化，从30min时的粘度为8424mpa.s和60min时的粘度为9173mpa.s以及搅拌结束时粘度比较，说明30min时还有未溶解的cmc存在，与制备过程中观察的结果一致。从90minn时的粘度为9258mpa.s和60minn时的粘度为9173mpa.s与搅拌结束时粘度相近，说明60min时cmc已完全溶解。持续24h粘度变化监测显示：2h内粘度变化也能够说明30mincmc未完全溶解问题，60min和90min已完全溶解。2h后粘度下降可能是因为微生物分解cmc导致。

比较例1

一种羧甲基纤维素钠在水中的溶解方法，其工序流程图如下图3所示，包括以下步骤：

(1)将去离子水和cmc粉末按比例加入搅拌罐，预搅拌30min；

(2)将第(1)中与搅拌的cmc团聚体捏碎，在真空度为-50kpa的条件下继续加搅，公转：25rpm，自转：1500rpm，时间：360min；

(3)观察溶解情况，如果仍有团聚体继续加搅120min，参数同上，结束后观察溶解情况，决定是否重复步骤(3)操作；

(4)完全溶解后胶液真空保存待用，此方法至少要在4h后才能实现羧甲基纤维素钠在水中的完全溶解。

上述参照实施例对一种快速溶解羧甲基纤维素钠的方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。