专利名称：一种锂离子电池负极配料方法
技术领域：
本发明属于锂离子电池生产领域，具体的说是涉及CMC体系的锂离子电池负极配料方法。
背景技术：
配料过程实际上是将浆料中的各种组成按标准比例混合在一起，调制成浆料，以利于均勻涂布，保证极片的一致性。目前锂离子电池生产中，负极配料时间较长，尤其是采用CMC体系的配料，在配制CMC溶液时需要搅拌2-3个小时，并搁置5-8个小时，一桶负极材料配制下来往往要10多个小时，现有常规负极配料方法的工艺流程如图1所示，存在的主要问题有以下几个方面
(1)影响到设备的使用率，一台设备每天只能使用2个循环；
(2)CMC溶液配制搅拌2-3个小时，CMC分子链被切断的较多，而且CMC不一定能够完全溶解，配制的浆料易沉淀；
(3)配制CMC溶液搅拌的2-3个小时，能源消耗多。由上面所述，可以看出目前的常规负极配料方法还有进一步改进的必要和需要。 现有的报道有专注于负极配方的，如公开号为CN 101604742A提供了一种石墨水性负极配方，但是，关于负极配料方法的报道还没有。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于另谋思路，提供一种锂离子电池负极配料方法，提高负极配料的效率，降低能源消耗，提升产品质量，以期完善解决负极配料问题，进而推动整个锂电行业工艺技术的进步，支持国家的节能减排计划。本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的 一种锂离子电池负极配料方法，包括下述步骤
a.备料按比例称取石墨、CMC、SBR胶乳和去离子水，
b.CMC预处理在CMC中加入一部分石墨进行预混处理，预混的石墨为CMC重量2-3倍，
c.将占去离子水总重量90%以上的去离子水加入真空搅拌桶中，开启自转，将预处理后的CMC和石墨的混合粉逐步加入，待无粉末后停止自转，抽真空，开启公转和自转，搅拌 10-15分钟后停止搅拌，
d.将剩余的石墨逐步加入真空搅拌桶中，开启公转和自转，待无粉末后停止搅拌，抽真空，开启公转和自转，搅拌2. 5-3个小时后停止搅拌，
e.将SBR胶乳加入真空搅拌桶中，抽真空，开启公转和自转，搅拌30min后，加入剩余的去离子水调整浆料的粘度，继续搅拌20-30min后过筛出料。CMC全称为羧甲基纤维素钠，为极易吸水物质，单独溶解时，会成为面团式，外层包附成一胶壳，内层为CMC粉，因此极难分散开；为此搅拌CMC溶液时，需要极高的转速，而在高转速下，时间长了 CMC的分子链便会被切断从而会造成浆料沉淀；而石墨遇水后极易扩散，总是产生一个向外扩散的力，为此可以充分利用石墨的这种特性来调整CMC的溶解方式，加速CMC溶液的配制。发明人研究发现，先用石墨与CMC预混处理后，再添加到去离子水中搅拌，可以大大缩短负极配料过程的时间，降低负极配料能耗，而制备的负极浆料物理性能优于现有常规负极配料方法得到的负极浆料，电学性能与常规负极配料方法得到的负极浆料相当。作为优选，根据本发明所述的一种锂离子电池负极配料的方法，其中，所述的步骤a中按比例为石墨 100重量份，CMC 2-3重量份，SBR胶乳 4_5重量份，去离子水 145-148重量份。配方中，石墨是负极活性物质，SBR胶乳，全称是羧基丁苯胶乳，是水性粘合剂，CMC是防沉淀剂，去离子水是稀释剂。作为优选，根据本发明所述的一种锂离子电池负极配料的方法，其中，所述的步骤 C、步骤d和步骤e中抽真空至真空度为-0. IMPa到-0. OSMPa0真空度控制在此范围可以获得好的真空搅拌效果。作为优选，根据本发明所述的一种锂离子电池负极配料的方法，其中，所述的步骤d为将剩余的石墨逐步加入真空搅拌桶中，开启公转和自转，公转频率为25Hz，自转频率为30Hz，待无粉末后停止搅拌，抽真空，开启公转和自转，公转频率为30Hz，自转频率为 35Hz，搅拌2. 5-3个小时后停止搅拌。生产效率、能耗最优。作为优选，根据本发明所述的一种锂离子电池负极配料的方法，其中，所述的步骤 e中加入剩余的去离子水调整浆料的粘度至1800-2500mPa. s。粘度控制在此范围，利于后续的涂布。本发明与现有技术相比，具有以下优点
(1)能源消耗低，比常规负极配料方法能耗相对节省30%以上，
(2)生产效率提高，设备利用率由每天2-3次提高至每天5-6次，
(3)产品质量提升，尤其是物理性能大大优于常规负极配料方法。
图1是现有的常规锂离子电池负极配料方法的工艺流程图。图2是本发明的锂离子电池负极配料方法的工艺流程图。图3是常规负极配料方法和本发明负极配料方法得到的负极浆料组装成圆柱磷酸铁锂IFR18650-1300mAh电池后的库仑效率测试曲线图。图4是常规负极配料方法和本发明负极配料方法得到的负极浆料组装成圆柱磷酸铁锂IFR18650-1300mAh电池后的电池循环性能测试图谱。
具体实施例方式下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。 下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。主要设备和原料真空搅拌桶，规格100L，广州红运机械厂； 间隙涂布机，型号XTB8-322E，深圳市信宇人科技有限公司； 对辊机，型号LDHY600-N60，邢台纳科诺尔极片轧制设备有限公司； 实验检测设备，型号BTS0305C8，宁波拜特测控技术有限公司； 正极材料SLFP-PD60，天津斯特兰公司。实施例1
(1).负极材料及其重量配比
石墨辽宁弘光科技集团有限公司CGP-6，100份；
CMC :BVH8, 2 份；
SBR胶乳=SBR 丁苯胶乳50%, 4份； 去离子水145份。(2).负极配料的过程如下(见图2)
a.称取2份CMC，再称取6份石墨，同时加入一个不锈钢桶中，用小搅拌机搅拌2min左右，搅拌均勻，以基本看不到CMC成堆的粉末为准。b.称取130份水加入至真空搅拌桶中，并查看桶是否漏真空等，调整搅拌浆位置， 避开加料口。开启自转，频率30Hz，使去离子水在桶中呈现循环运动。c.将混好的CMC+石墨粉用漏斗逐步加入真空搅拌桶中，观察搅拌状态，待无粉末后，停止自转，将桶壁的干料刮下后，抽真空至-0. IMPa左右。开启搅拌，公转频率30Hz，自转频率35Hz，搅拌IOmin后停止搅拌。d.将剩余的石墨逐步加入至真空搅拌桶中，开启搅拌，公转频率25Hz，自转频率 30Hz，先低速搅拌，待无粉末后，停止搅拌。抽真空至-0. IMPa，开启搅拌，公转频率30Hz，自转频率35Hz，搅拌2. 5小时后停止搅拌，搅拌过程中刮料一次。e.将SBR胶乳加入至真空搅拌桶中，抽真空至_0. IMPa,开启搅拌，公转频率 30Hz,自转频率35Hz，搅拌30min后，测粘度，并用剩余的去离子水调整浆料的粘度至 1800-2500mPa. s，继续搅拌30min后过150目筛出料。得到的负极浆料物理性能测试结果见表1。按照本领域通用技术组装电池，以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，进行电学性能测试，库仑效率测试结果见表2和图3，电池循环性能测试结果见图4。库仑效率测试以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，测试方法为第一步65mA，恒流充电60min ；第二步130mA，恒流充电120min ；第三步260mA，恒流充电240min， 恒压3. 8V截止电流13mA ；第四步搁置IOmin ；第五步260mA，恒流放电至2V ；第六步，搁置 IOmin ；第七步，260mA恒流充电至3. 8V。库仑效率计算方法以第五步放电容量除以前四步总充电容量即为库仑效率。负极配料过程中的能耗见表3。实施例2
(1).负极材料及其重量配比
石墨辽宁弘光科技集团有限公司CGP-6，100份；
CMC :BVH8, 3 份；
SBR胶乳=SBR 丁苯胶乳50%, 5份；去离子水148份。(2).负极配料的过程如下(见图2)
a.称取3份CMC，再称取6份石墨，同时加入一个不锈钢桶中，用小搅拌机搅拌2min左右，搅拌均勻，以基本看不到CMC成堆的粉末为准。b.称取134份水加入至真空搅拌桶中，并查看桶是否漏真空等，调整搅拌浆位置， 避开加料口。开启自转，频率30Hz，使去离子水在桶中呈现循环运动。c.将混好的CMC+石墨粉用漏斗逐步加入真空搅拌桶中，观察搅拌状态，待无粉末后，停止自转，将桶壁的干料刮下后，抽真空至-O.OSMPa。开启搅拌，公转频率30Hz，自转频率35Hz，搅拌15min后停止搅拌。d.将剩余的石墨逐步加入至真空搅拌桶中，开启搅拌，公转频率25Hz，自转频率 30Hz，先低速搅拌，待无粉末后，停止搅拌。抽真空至-0. 08MPa，开启搅拌，公转频率30Hz， 自转频率35Hz，搅拌3小时后停止搅拌，搅拌过程中刮料一次。e.将SBR胶乳加入至真空搅拌桶中，抽真空至-0. OSMPa,开启搅拌，公转频率30Hz，自转频率35Hz，搅拌30min后，测粘度，并用剩余的去离子水调整浆料的粘度至 1800-2500mPa. s，继续搅拌20min后过150目筛出料。得到的负极浆料物理性能测试结果见表1。按照本领域通用技术组装电池，以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，进行电学性能测试，库仑效率测试结果见表2和图3，电池循环性能测试结果见图4。库伦效率测试以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，测试方法为第一步65mA，恒流充电60min ；第二步130mA，恒流充电120min ；第三步260mA，恒流充电240min， 恒压3. 8V截止电流13mA ；第四步搁置IOmin ；第五步260mA，恒流放电至2V ；第六步，搁置 IOmin ；第七步，260mA恒流充电至3. 8V。库仑效率计算方法以第五步放电容量除以前四步总充电容量即为库仑效率。负极配料过程中的能耗见表3。比较例1 常规配料 (1).负极材料及其重量配比 同实施例1。(2).负极配料的过程如下(见图1)
a.称取130份水加入至真空搅拌桶中，并查看桶是否漏真空等，调整搅拌浆位置，避开加料口。开启自转，频率30Hz，使去离子水在桶中呈现循环运动。b.将2份CMC用漏斗逐步加入真空搅拌桶中，观察搅拌状态，待无粉末后，停止自转，将桶壁的干料刮下后，抽真空至-0. 09MPao开启搅拌，公转频率30Hz，自转频率35Hz，搅拌2个小时后停止搅拌。然后搁置5个小时。c.将石墨逐步加入至真空搅拌桶中，开启搅拌，公转频率25Hz，自转频率30Hz，先低速搅拌，待无粉末后，停止搅拌。抽真空至-0. 09MPa，开启搅拌，公转频率30Hz，自转频率 35Hz，搅拌2. 5小时后停止搅拌，搅拌过程中刮料一次。d.将SBR胶乳加入至真空搅拌桶中，抽真空至-0. 09MPa，开启搅拌，公转频率30Hz，自转频率35Hz，搅拌30min后，测粘度，并用剩余的去离子水调整浆料的粘度至 1800-2500mPa. s，继续搅拌30min后过150目筛出料。得到的负极浆料物理性能测试见表1。按照本领域通用技术组装电池，以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，进行电学性能测试，库仑效率测试结果见表2和图3，电池循环性能测试结果见图4。库伦效率测试以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，测试方法为第一步65mA，恒流充电60min ；第二步130mA，恒流充电120min ；第三步260mA，恒流充电240min， 恒压3. 8V截止电流13mA ；第四步搁置IOmin ；第五步260mA，恒流放电至2V ；第六步，搁置 IOmin ；第七步，260mA恒流充电至3. 8V。库仑效率计算方法以第五步放电容量除以前四步总充电容量即为库仑效率。负极配料过程中的能耗见表3。
权利要求
1.一种锂离子电池负极配料方法，其特征在于，所述的锂离子电池负极配料方法包括下述步骤a.备料按比例称取石墨、CMC、SBR胶乳和去离子水，b.CMC预处理在CMC中加入一部分石墨进行预混处理，预混的石墨为CMC重量2-3倍，c.将占去离子水总重量90%以上的去离子水加入真空搅拌桶中，开启自转，将预处理后的CMC和石墨的混合粉逐步加入，待无粉末后停止自转，抽真空，开启公转和自转，搅拌 10-15分钟后停止搅拌，d.将剩余的石墨逐步加入真空搅拌桶中，开启公转和自转，待无粉末后停止搅拌，抽真空，开启公转和自转，搅拌2. 5-3个小时后停止搅拌，e.将SBR胶乳加入真空搅拌桶中，抽真空，开启公转和自转，搅拌30min后，加入剩余的去离子水调整浆料的粘度，继续搅拌20-30min后过筛出料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极配料的方法，其特征在于，所述的步骤a中按比例为石墨 100重量份，CMC 2-3重量份，SBR胶乳 4_5重量份，去离子水 145-148重量份。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极配料的方法，其特征在于，所述的步骤 C、步骤d和步骤e中抽真空至真空度为-0. IMPa到_0. 08Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极配料的方法，其特征在于，所述的步骤d 为将剩余的石墨逐步加入真空搅拌桶中，开启公转和自转，公转频率为25Hz，自转频率为 30Hz，待无粉末后停止搅拌，抽真空，开启公转和自转，公转频率为30Hz，自转频率为35Hz， 搅拌2. 5-3个小时后停止搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极配料的方法，其特征在于，所述的步骤e 中加入剩余的去离子水调整浆料的粘度至1800-2500mPa. s。
全文摘要
本发明属于锂离子电池生产领域，具体的说是涉及一种锂离子电池负极配料方法，包括按比例称取石墨、CMC、SBR胶乳和去离子水；在CMC中加入一部分石墨进行预混处理，预混的石墨为CMC重量2-3倍；将去离子水加入真空搅拌桶中，开启自转，将预处理后的CMC和石墨的混合粉逐步加入，待无粉末后停止自转，抽真空，开启公转和自转，搅拌；将剩余的石墨逐步加入真空搅拌桶中，开启公转和自转，待无粉末后停止搅拌，抽真空，开启公转和自转，搅拌；将SBR胶乳加入真空搅拌桶中，抽真空，开启公转和自转，搅拌，加入剩余的去离子水调整浆料的粘度，继续搅拌后过筛出料。与现有常规配料方法相比，本发明具有能源消耗低、生产效率高、产品质量优等特点。
文档编号H01M4/139GK102185130SQ20111005852
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者官彬, 汪怡飞, 胡泽军 申请人:宁波海锂子新能源有限公司