一种锂离子电池负极材料及其配制方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂离子电池负极材料及其配制方法，所述锂离子电池负极材料各成分重量份数配比为：4～10份粘结剂；2～5份增稠剂；6～20份导电剂；25～45份负极活性物质；35～55份溶剂；所述锂离子电池负极材料的配制方法，包括步骤：备料；配制导电胶体；负极活性物质加入；搅拌。采用上述方案中的材料成分和加料顺序，所制备的电池负极浆料，经原子吸收光谱分析，表明浆料桶内各部位的成分分布一致性良好，均匀性得到保证。
【专利说明】一种锂离子电池负极材料及其配制方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及电池工业【技术领域】，具体来说涉及一种锂离子电池负极材料及其配制方法。
【背景技术】
[0002]随着电子、航空以及汽车等科技的发展，石油，天然气等不可再生石化燃料的耗竭、空气污染和温室效应等全球性的问题日益受到关注，基于能源技术的发展水平，为了缓解甚至解决这些全球性问题，目前对节能环保移动电源的需求快速增长。由于锂离子电池具有高电压、高容量的优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。
[0003]锂离子电池的机理一般性分析认为，锂离子电池作为一种化学电源是指分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池，当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。锂离子电池所涉及的物理机理，目前是以固体物理中嵌入物理来解释的，嵌入(intercalat1n)是指可移动的客体粒子(分子、原子、离子)可逆地嵌入到具有合适尺寸的主体晶格中的网络空格点上。
[0004]现有技术中锂离子电池负极配料生产工艺时间长，需要十个小时左右，设备利用率低。由于锂离子电池的需求在不断增长，因此在保证电池性能的前提下，探求新的生产工艺来提高生产产量以及缩短正负极配料工艺时间尤为重要。
[0005]例如申请号为201110058522.3，发明名称为一种锂离子电池负极配料方法的专利，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。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。
[0006]再例如申请号为200910040230.X，发明名称为一种石墨水性负极配方及制备方法的专利，公开了一种石墨水性负极配方及制备方法，旨在提供一种浆料稳定、生产成本低、环境污染小的石墨水性负极配方及制备方法。按重量份计，本发明由以下组分组成:石墨负极100份、水性粘合剂40?60份、去离子水60?80份、酒精4?6份。本发明广泛应用于锂离子二次电池的负极配料及电池生产加工领域。与现有常规配料方法相比，本发明具有能源消耗低、生产效率高等特点。
[0007]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(粘结剂为羧甲基纤维素钠)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存在的主要问题有以下几个方面:
(I)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。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种锂离子电池负极材料的配方及其制备方法，该制备方法工艺简单，周期短。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种锂离子电池负极材料，各成分重量份数配比为:
粘结剂:4?10份；
增稠剂:2?5份；
导电剂:6?20份；
负极活性物质:25?45份；
溶剂:35?55份；
所述粘结剂包括聚乙烯醇、聚四氟乙烯、丁苯橡胶的一种或几种；
所述增稠剂包括甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯的一种或几种。
[0010]所述导电剂为碳黑导电剂。
[0011]所述负极活性物质为人造石墨。
[0012]所述溶剂包括去离子水和N-甲基吡咯烷酮。
[0013]一种锂离子电池负极材料的配制方法，包括如下步骤:
第一步，备料，按以下重量份数成分准备负极材料:粘结剂:4?10份；增稠剂:2?5份；导电剂:6?20份；负极活性物质:25?45份；溶剂:35?55份；
第二步，配制导电胶体，称取一半的溶剂和一半的粘结剂，将二者混合、搅拌，使粘结剂完全溶解，再加入导电剂；
第三步，将负极活性物质加入到第二步形成的导电胶体中，进行搅拌；
第四步，将第三步得到的混合物加入搅拌机中，边搅拌边加入剩余的溶剂。
[0014]所述第二步中溶剂和粘结剂的搅拌时间为100min-300min。
[0015]所述第三步中负极活性物质与导电胶体的搅拌时间为50min-100min。
[0016]本发明采用上述技术方案后，具有如下技术效果:
本发明中粘结剂采用包括聚乙烯醇、聚四氟乙烯、丁苯橡胶的一种或几种，配制搅拌时间短，能够完全溶解，配制的浆料混合均匀。
[0017]采用将不同的成分进行特定组合后混合，先分组充分混合再共同混合，有效地提高了各成分在浆料中的均匀性。采用上述方案中的材料成分和加料顺序，所制备的电池负极浆料，经原子吸收光谱分析，表明浆料桶内各部位的成分分布一致性良好，均匀性得到保证。
[0018]本发明解决了目前锂离子电池原料配料工艺时间长、设备利用率低以及生产量低这等问题。
【具体实施方式】
[0019]为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]良好的配料方法能确保电池在充电时锂离子能正常嵌入石墨结构层，放电时锂离子能正常脱嵌进入正极，确保长时间的不停充放电正负极材料晶格不塌陷，确保电池能长寿命正常工作。
[0021]实施例1
一种锂离子电池负极材料，其特征在于，各成分重量份数配比为:
粘结剂:6份；
增稠剂:3份；
导电剂:10份；
负极活性物质:30份；
溶剂:40份；
所述粘结剂为聚乙烯醇；
所述增稠剂包括甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺的一种或几种。
[0022]所述导电剂为碳黑导电剂。
[0023]所述负极活性物质为人造石墨。
[0024]所述溶剂包括去离子水和N-甲基吡咯烷酮。
[0025]所述的锂离子电池负极材料的配制方法，包括如下步骤:
第一步，备料，按以下重量份数成分准备负极材料:粘结剂:6份；增稠剂:3份；导电剂:10份;负极活性物质:30份；溶剂:40份；
第二步，配制导电胶体，称取一半的溶剂和一半的粘结剂，将二者混合、搅拌，使粘结剂完全溶解，再加入导电剂；
第三步，将负极活性物质加入到第二步形成的导电胶体中，进行搅拌；
第四步，将第三步得到的混合物加入搅拌机中，边搅拌边加入剩余的溶剂。
[0026]所述的锂离子电池负极材料的配制方法第二步中溶剂和粘结剂的搅拌时间为10min0
[0027]所述的锂离子电池负极材料的配制方法第三步中负极活性物质与导电胶体的搅拌时间为50min。
[0028]实施例2
一种锂离子电池负极材料，其特征在于，各成分重量份数配比为:
粘结剂:5份；
增稠剂:4份；
导电剂:15份；
负极活性物质:35份；
溶剂:50份;
所述粘结剂包括聚聚四氟乙烯、丁苯橡胶的一种或几种； 所述增稠剂包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯的一种或几种。
[0029]所述导电剂为碳黑导电剂。
[0030]所述负极活性物质为人造石墨。
[0031]所述溶剂包括去离子水和N-甲基吡咯烷酮。
[0032]所述的锂离子电池负极材料的配制方法，包括如下步骤:
第一步，备料，按以下重量份数成分准备负极材料:粘结剂:5份；增稠剂:4份；导电剂:15份;负极活性物质:35份；溶剂:50份;
第二步，配制导电胶体，称取一半的溶剂和一半的粘结剂，将二者混合、搅拌，使粘结剂完全溶解，再加入导电剂；
第三步，将负极活性物质加入到第二步形成的导电胶体中，进行搅拌；
第四步，将第三步得到的混合物加入搅拌机中，边搅拌边加入剩余的溶剂。
[0033]所述的锂离子电池负极材料的配制方法第二步中溶剂和粘结剂的搅拌时间为300mino
[0034]所述的锂离子电池负极材料的配制方法第三步中负极活性物质与导电胶体的搅拌时间为lOOmin。
[0035]在上述实施例中，石墨与粘结剂溶液极性不同，不易分散，故可采用如下步骤:
(I)可先用醇水溶液将石墨初步润湿，再与粘结剂溶液混合。
[0036](2)适当降低搅拌浓度，提高分散性。
[0037](3)分散过程为减少极性物与非极性物距离，提高势能或表面能，所以搅拌时总体温度有所下降。故应该适当升高搅拌温度，使吸热变得容易，同时提高流动性，降低分散难度。
[0038](4)搅拌过程如加入真空脱气过程，排除气体，促进固-液吸附，效果更佳。
[0039]本发明中粘结剂采用包括聚乙烯醇、聚四氟乙烯、丁苯橡胶的一种或几种，配制搅拌时间短，能够完全溶解，配制的浆料混合均匀，克服了现有负极材料混合不均匀且配料工艺周期长的问题。
[0040]本【技术领域】技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0041]本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
[0042]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【权利要求】
1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于，各成分重量份数配比为: 粘结剂:4?10份； 增稠剂:2?5份； 导电剂:6?20份； 负极活性物质:25?45份； 溶剂:35?55份； 所述粘结剂包括聚乙烯醇、聚四氟乙烯、丁苯橡胶的一种或几种； 所述增稠剂包括甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，所述导电剂为碳黑导电剂。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，所述负极活性物质为人 哩JBryU 垂 ο
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，所述溶剂包括去离子水和N-甲基吡咯烷酮。
5.一种如权利要求1所述的锂离子电池负极材料的配制方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步，备料，按以下重量份数成分准备负极材料:粘结剂:4?10份；增稠剂:2?5份；导电剂:6?20份；负极活性物质:25?45份；溶剂:35?55份； 第二步，配制导电胶体，称取一半的溶剂和一半的粘结剂，将二者混合、搅拌，使粘结剂完全溶解，再加入导电剂； 第三步，将负极活性物质加入到第二步形成的导电胶体中，进行搅拌； 第四步，将第三步得到的混合物加入搅拌机中，边搅拌边加入剩余的溶剂。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料的配制方法，其特征在于，所述第二步中溶剂和粘结剂的搅拌时间为100min-300min。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料的配制方法，其特征在于，所述第三步中负极活性物质与导电胶体的搅拌时间为50min-100min。
【文档编号】H01M4/62GK104409736SQ201410644167
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】禹胜林 申请人:无锡信大气象传感网科技有限公司