一种高取代度增稠剂制备锂离子电池负极浆料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池领域，特别是锂离子电池负极浆料的制备方法。

背景技术：

锂离子电池自商业化以来，以其较高的能量密度、长循环寿命等特有的电性能优势得以广泛应用。目前，在商业化的锂离子电池生产中，负极普遍采用了水性体系，使用羧甲基纤维素钠（cmc）和丁苯橡胶（sbr）等水溶性黏结剂取代了油系pvdf黏结剂。水性黏结剂降低了生产成本、对环境友好、电极易于烘干。

cmc是含有两个脱水葡萄糖单元（β-连接的吡喃葡萄糖残基）的纤维素的线性聚合衍生物，每个葡萄糖单元有3个羟基，羟基中的氢被羧甲基取代，并且每个脱水葡萄糖单元被取代的羟基的平均数被定义为取代度（ds）。作为增稠剂，cmc在石墨颗粒的分散及防止颗粒沉降方面起到了关键作用，是锂离子电池负极的重要组成部分。

cmc是一种线性高分子纤维素醚，作为增稠剂、黏结剂、稳定剂等在工业生产中广泛应用。在cmc分子上既含有未经过羧基改性的疏水主链，又含有经过羧基改性的亲水主链，在一定浓度的水性石墨负极浆料中，cmc中疏水性的主链通过吸附包覆在石墨、导电剂等表面疏水性的颗粒表面，吸附的cmc分子之间的相互斥力使石墨颗粒分散均匀；同时亲水性又能使其悬浮在水溶液中，起到分散和稳定作用。cmc产品水溶液的溶解性、黏度及与石墨的亲和性受其分子量、取代度浓度及ph等参数影响。其中分子量和取代度等结构参数决定了石墨颗粒表面上cmc的吸附量。

分子量较大、取代度较高的cmc具有较高的黏度和好的溶解性，更容易吸附和完全包覆在石墨颗粒表面，从而使负极浆料具有较好的稳定性和涂布特性。但是cmc取代度高，亲水性强，更容易与水结合，形成高粘度胶液，在相同的剪切作用下，高粘度胶液会使得sbr在加入后受到的剪切作用变强，造成sbr破乳，浆料流动性变差，产生增稠现象。因此，确有必要提供一种可以克服高取代度增稠剂带来的浆料增稠的锂离子电池负极浆料的制备方法。

技术实现要素：

本发明的主要目的是针对上述技术方面存在的问题及不足，提供了一种高取代度增稠剂制备锂离子电池负极浆料的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高取代度增稠剂制备锂离子电池负极浆料，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1）将制备浆料所需增稠剂和溶剂进行混合搅拌，得到胶液a；

步骤（2）将导电剂加入胶液a中，进行搅拌混合，得到均匀混合物b；

步骤（3）将活性物质加入均匀混合物b中，进行搅拌混合，得到浆料c；

步骤（4）将溶剂加入到浆料c中，搅拌调节浆料粘度，得到合适粘度浆料d；

步骤（5）将粘结剂加入到浆料d中，搅拌混合均匀，得到锂离子电池负极浆料。

步骤（1）和（4）中的溶剂为去离子水。

步骤（1）中的增稠剂为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂中的一种或几种，步骤（1）中的增稠剂取代度≥0.9，步骤（1）中的胶液浓度（质量分数）为1.15%-1.25%。

步骤（2）中导电剂为乙炔黑、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种。

步骤（3）中活性物质为人造石墨、天然石墨、人造复合石墨中的一种或几种。

步骤（4）中黏度为2500-4000mpa/s。

步骤（5）中粘结剂为丁苯橡胶，负极浆料各组成物重量比为增稠剂：导电剂：活性物质：粘结剂=0.8-1.4：1.0-3.0：94-97：1.2-1.6，步骤（5）中负极浆料的固含量为40%-60%。

一种高取代度增稠剂制备锂离子电池负极浆料，其特征在于：将cmc加入去离子水中搅拌混合得胶液（质量浓度1.18%），然后往胶液中加入导电碳黑搅拌混合均匀，继续加入人造石墨搅拌混合，加入一定量的去离子水调节黏度至3100mpa/s，加入sbr低速搅拌，得均匀稳定的锂离子电池负极浆料。

一种高取代度增稠剂制备锂离子电池负极浆料的方法，其特征是：

步骤（1）将制备浆料所需增稠剂和溶剂进行混合搅拌，得到胶液a；

步骤（2）将导电剂加入胶液a中，进行搅拌混合，得到均匀混合物b；

步骤（3）将活性物质加入均匀混合物b中，进行搅拌混合，得到浆料c；

步骤（4）将溶剂加入到浆料c中，搅拌调节浆料粘度，得到合适粘度浆料d；

步骤（5）将粘结剂加入到浆料d中，搅拌混合均匀，得到锂离子电池负极浆料；

步骤（1）和（4）中的溶剂为去离子水，步骤（1）中的增稠剂为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂中的一种或几种，步骤（1）中的增稠剂取代度≥0.9，步骤（1）中的胶液浓度（质量分数）为1.15%-1.25%；步骤（2）中导电剂为乙炔黑、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种；步骤（3）中活性物质为人造石墨、天然石墨、人造复合石墨中的一种或几种；步骤（4）中黏度为2500-4000mpa/s；步骤（5）中粘结剂为丁苯橡胶，负极浆料各组成物重量比为增稠剂：导电剂：活性物质：粘结剂=0.8-1.4：1.0-3.0：94-97：1.2-1.6，步骤（5）中负极浆料的固含量为40%-60%。

将cmc加入去离子水中搅拌混合得胶液（质量浓度1.18%），然后往胶液中加入导电碳黑搅拌混合均匀，继续加入人造石墨搅拌混合，加入一定量的去离子水调节黏度至3100mpa/s，加入sbr低速搅拌，得均匀稳定的锂离子电池负极浆料。

经本发明制备的负极浆料，具有较好的稳定性和涂布特性。浆料搁置48h后，浆料的固含量与流变没有明显的变化。

通过本发明可以避免二次调黏度，提高生产效率，同时所获得的浆料更均匀，通过调整胶液浓度和胶黏剂加入前控制黏度，避免了浆料增稠和沉降现象的发生，提高了锂离子电池负极浆料的一致性。

附图说明

图1为实施例1制备的负极浆料搁置48h前后流变黏度曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及说明书附图1对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

对比例1

将cmc加入去离子水中搅拌混合得胶液（质量浓度1.4%），然后往胶液中加入导电碳黑搅拌混合均匀，继续加入人造石墨搅拌混合，加入sbr低速搅拌，得锂离子电池负极浆料。

实施例1

将cmc加入去离子水中搅拌混合得胶液（质量浓度1.18%），然后往胶液中加入导电碳黑搅拌混合均匀，继续加入人造石墨搅拌混合，加入一定量的去离子水调节黏度至3100mpa/s，加入sbr低速搅拌，得均匀稳定的锂离子电池负极浆料。

实施例2

将cmc加入去离子水中搅拌混合得胶液（质量浓度1.23%），然后往胶液中加入碳管搅拌混合均匀，继续加入人造石墨搅拌混合，加入一定量的去离子水调节黏度至2800mpa/s，加入sbr低速搅拌，得均匀稳定的锂离子电池负极浆料。

实施例3

将cmc加入去离子水中搅拌混合得胶液（质量浓度1.25%），然后往胶液中加入导电碳黑搅拌混合均匀，继续加入天然石墨搅拌混合，加入一定量的去离子水调节黏度至3600mpa/s，加入sbr低速搅拌，得均匀稳定的锂离子电池负极浆料。

将上述实施例1中所得浆料测试固含量为48.92%，将浆料搁置48h后，测试浆料固含量48.86%，同时测试浆料搁置前后流变黏度曲线如图1所示。

通过对比例和实施例制备的浆料发现，如果不控制胶液浓度和加入胶黏剂前黏度调节，浆料出现增稠，无法进行涂布，浆料报废；而通过本发明，制备的负极浆料流动性和稳定性好，易于涂布；并且浆料搁置48h后，浆料固含量和流变黏度基本无变化，所以采用本发明专利，可以避免二次调黏度，提高生产效率，同时所获得的浆料更均匀，通过调整胶液浓度和胶黏剂加入前控制黏度，避免了浆料增稠和沉降现象的发生，提高了锂离子电池负极浆料的一致性。

根据上述说明书的揭示，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。所以，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。