锂离子电池浆料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地说，涉及一种锂离子电池浆料及其制备方法。

背景技术：

近年来新能源一直是国家最为重视的项目，而锂离子电池因输出电压高，比能量高、寿命长，在电池市场中得到了快速推进，现电池厂家开始不断扩大生产规模。在目前较为成熟的锂电池中，各国政府对生产、产品使用都较为重视，不断扩大新能源市场，为让新能源持续发展，对锂离子电池的使用有严格要求。

制浆提供电极浆液，是锂电池生产过程首瑞环节，也是最重要环节。现有锂离子电池的传统制备工艺方法存在工艺复杂、制作周期长、生产效率低等缺点。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种工艺简单、生产周期短、浆料质量好的锂离子电池浆料的制备方法及使用该制备方法制得的锂离子电池浆料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种锂离子电池浆料的制备方法，包括以下步骤：

S10、将活性材料、粘结剂和导电剂除铁后投入双轴桨叶式高效混合机中，混合均匀，形成混合粉体；

S20、在所述混合粉体中加入溶剂，搅拌以混合均匀，形成混合浆料；

S30、将所述混合浆料投入高速分散机中进行高速分散，形成固含量为70-80％的半成品浆料；

S40、将所述半成品浆料真空下除泡，过筛，形成锂离子电池浆料。

本发明还提供一种锂离子电池浆料的制备方法，包括以下步骤：

S10、将活性材料、粘结剂和导电剂除铁后与溶剂一起投入双轴桨叶式高效混合机中，混合均匀，形成预混浆料；

S20、将所述预混浆料搅拌以混合均匀，形成混合浆料；

S30、将所述混合浆料投入高速分散机中进行高速分散，形成固含量为70-80％的半成品浆料；

S40、将所述半成品浆料真空下除泡，过筛，形成锂离子电池浆料。

优选地，步骤S10中，混合时间为3-5分钟。

优选地，步骤S10中，所述活性材料、粘结剂及导电剂通过除铁器进行除铁，除铁时间≤30分钟。

优选地，步骤S20的混合浆料在搅拌机中混合形成，所述搅拌机公转速度≤15r/min，自转速度≤1000r/min，搅拌混合时间≤60分钟。

优选地，步骤S30中，高速分散的线速度为66m/s，分散过程中控制浆料温度为20～45℃。

优选地，步骤S40中，真空下除泡时间为10-30分钟，真空度≥-0.08Mpa。

优选地，所述活性材料为正极活性材料或负极活性材料，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水。

优选地，所述正极活性材料为锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)、锂锰氧化物(LiMn₂O₄)、锰镍钴复合氧化物(LiMn_xNi_yCo_1-x-yO₂)、锂钒氧化物(LiV₂O₄)或锂铁氧化物(LiFePO₂)中的一种或多种；所述负极活性材料为人造石墨、天然石墨或中间相碳微球中的一种或多种，其中，x、y、x+y均大于0小于1；

所述粘结剂为聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、六氟丙烯、丙烯酸酯、聚氨酯、羧甲基纤维素钠中的一种或多种；所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或多种。

本发明还提供一种锂离子电池浆料，采用上述的制备方法制得。

本发明的有益效果：本发明通过将所有原料使用双轴桨叶式高效混合机进行干混合或湿混合，缩短制浆过程的时间；使用高速分散机分散湿粉料，得到质量好的浆料，简化了工艺流程、易于操作便于生产；缩短了制备时间、有助于提高生产效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例一中锂离子电池浆料的制备方法的流程图；

图2是本发明实施例二中锂离子电池浆料的制备方法的流程图；

图3是本发明锂离子电池浆料的制备方法所用设备的示意图；

图4是采用本发明方法和现有技术方法制备的锂离子电池浆料的浆料粘度比较图；

图5是采用本发明方法和现有技术方法制备的锂离子电池浆料的固含量比较图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施例一

参阅图1，本发明的锂离子电池浆料的制备方法，包括以下步骤：

S10、将活性材料、粘结剂和导电剂除铁后投入双轴桨叶式高效混合机中，混合均匀，形成混合粉体。

其中，活性材料为正极活性材料或负极活性材料，溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水。优选地，正极活性材料为锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)、锂锰氧化物(LiMn₂O₄)、锰镍钴复合氧化物(LiMn_xNi_yCo_1-x-yO₂)、锂钒氧化物(LiV₂O₄)或锂铁氧化物(LiFePO₂)中的一种或多种，其中，x、y、x+y均大于0小于1。

负极活性材料为人造石墨、天然石墨或中间相碳微球中的一种或多种。

粘结剂为聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、六氟丙烯、丙烯酸酯、聚氨酯、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。

导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或多种。

具体的，该步骤S10中，将通过除铁器除铁后的活性材料、粘结剂和导电剂一次性全部投入双轴桨叶式高效混合机中，所有干粉体使用双轴桨叶式高效混合机进行一次性干混合工艺，形成混合粉体。除铁时间≤30分钟，混合时间为3-5分钟。

由于双轴桨叶式高效混合机上有两个旋转方向相反的转子，转子由转子轴、支杆、桨叶组成，支杆与转子轴“十字”相交，桨叶成特殊角度焊在支杆上。转子上的桨叶带动物料一方面沿着机槽内壁旋转并向一端移动,另一方面带动物料左右翻动；在两转子的交叉重叠处，形成了一个失重区，在此区域内，不论物料的形状、大小和密度如何，都能使物料上浮，处于瞬间失重状态，使物料在机槽内形成连续循环翻动，相互交错剪切，从而达到快速混合均匀的效果。

S20、在混合粉体中加入溶剂，搅拌以混合均匀，形成混合浆料。

该步骤S20中，溶剂的用料根据固含量要求适当添加。优选地，溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水。当活性材料为正极活性材料时，溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮；活性材料为负极活性材料时，溶剂优选为去离子水。优选地，步骤S20的混合浆料在搅拌机中混合形成，所述搅拌机公转速度≤15r/min，自转速度≤1000r/min，搅拌混合时间≤60分钟。

S30、将混合浆料投入高速分散机中进行高速分散，形成固含量为70-80％的半成品浆料。

该步骤S30中，高速分散的线速度为66m/s，分散过程中控制浆料温度为20～45℃，必要时(浆料升温较高时)用酒精擦拭匀浆锅或加冷却水或降低转速，出料粘度2900-8000MPa·s。本步骤将步骤S20获得的混合浆料进行高速搅拌分散，使粉体被完全打散，制成分散均匀的浆料。

高速分散机采用无级调速：有电磁调速、变频调速及防爆变频调速等多种形式。高速分散机的分散盘下方呈层流状态，不同流速的浆料层互相扩散，起到分散作用。高速高速分散机具有液压升降、360度回转、无级调速等多种功能，使浆料呈滚动环状流，产生强旋涡，浆料表面粒子呈螺旋状下降到涡流底部；高速分散机在分散盘边缘处形成湍流区，浆料及粒子受到强烈剪切及冲击。区域外形成上下两个束流，浆料得到充分循环及翻动，能够在很短的时间内从一个缸变换到另一个缸进行作业，极大地提高了工作效率，同时也降低了人工劳动强度，能得到分散极佳的浆料。

S40、将半成品浆料真空下除泡，过筛，形成锂离子电池浆料。

该步骤中，真空下除泡时间为10-30分钟，真空度≥-0.08Mpa。本步骤中优选地使用搅拌机对步骤S4高速分散形成的混合浆料进行抽真空除泡。

上述制备方法中，活性材料、导电剂和粘结剂等原料用量根据锂离子电池正极浆料或负极浆料各原料配比称取，可采用现有技术中所设定配比实现。

实施例二

参阅图2，本发明的锂离子电池浆料的制备方法，包括以下步骤：

S10、将活性材料、粘结剂和导电剂除铁后与溶剂一起投入双轴桨叶式高效混合机中，混合均匀，形成预混浆料。优选地，除铁时间≤30分钟，混合时间为3-5分钟。具体的，该步骤S10中，将活性材料、粘结剂和导电剂通过除铁器除铁后，与溶剂一起一次性全部投入双轴桨叶式高效混合机中，所有干粉体和溶剂使用双轴桨叶式高效混合机进行一次性湿混合工艺，形成预混浆料。

溶剂的用料根据固含量要求适当添加。优选地，溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水。当活性材料为正极活性材料时，溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮；活性材料为负极活性材料时，溶剂优选为去离子水。

S20、将预混浆料搅拌以混合均匀，形成混合浆料。优选地，步骤S20的混合浆料在搅拌机中混合形成，搅拌机公转速度≤15r/min，自转速度≤1000r/min，搅拌混合时间≤60分钟。

S30、将混合浆料投入高速分散机中进行高速分散，形成固含量为70-80％的半成品浆料。

该步骤S30中，高速分散的线速度为66m/s，分散过程中控制浆料温度为20～45℃，必要时(浆料升温较高时)用酒精擦拭匀浆锅或加冷却水或降低转速，出料粘度2900-8000MPa·s。本步骤将步骤S20获得的混合浆料进行高速搅拌分散，使粉体被完全打散，制成分散均匀的浆料。

S40、将半成品浆料真空下除泡，过筛，形成锂离子电池浆料。该步骤中，真空下除泡时间为10-30分钟，真空度≥-0.08Mpa。本步骤中优选地使用搅拌机对步骤S4高速分散形成的混合浆料进行抽真空除泡。

上述制备方法中，活性材料、导电剂和粘结剂等原料用量根据锂离子电池正极浆料或负极浆料各原料配比称取，可采用现有技术中所设定配比实现。

本发明的锂离子电池浆料，采用上述的制备方法制得。当使用的活性材料为正极活性材料时可制备锂离子电池正极浆料，使用该锂离子电池正极浆料可制成极片，作为锂离子电池的正极片；当使用的活性材料为负极活性材料时可制备锂离子电池负极浆料，使用该锂离子电池负极浆料可制成极片，作为锂离子电池的负极片。

极片制作时，将上述制得的锂离子电池浆料涂覆在铝箔上，烘干后即得。

将正极片与负极片、隔膜叠置后卷绕成卷芯，将卷芯放入铝壳中，注入电解液，封口，制得锂离子电池。

下面将以具体实施例和对比例来对本发明和现有技术进行比较。

实施例1

结合图3，实施例1的制备过程如下：

(a)按配方比例(正极活性材料94％-98％，导电剂1.0％-4.0％，粘接剂0.8％-2.0％)称取粉料，分别加入对应罐中，正极活性材料1经过除铁器，导电剂2经过除铁器，粘接剂3经过除铁器，除铁时间≤30min；

(b)将三种粉体物料同时下放在双轴桨叶式高效混合机4中，混合均匀，混合时间3-5min，得到正极混合粉体；

(c)将所有正极混合粉体加入搅拌机6中，按配方称出溶剂5(N-甲基吡咯烷酮)，将溶剂5通过双轴桨叶式高效混合机4加入搅拌机6中湿混合，设备公转速度≤15rpm，自转速度≤1000rpm,混合时间≤60min；

(d)完成c步骤后的湿粉料通过高速分散机7分散，转速为14000rpm,线速度66m/s；控制浆料温度为20～45℃，必要时(浆料升温较高时)用酒精擦拭匀浆锅或加冷却水或降低转速，出料粘度2900-8000MPa·s，固含量为70～80％；

(e)完成d步骤高速分散的浆料使用搅拌机6抽真空除泡，真空度≥-0.08Mpa,抽真空时间10-30min；

(f)完成e步骤后过筛8出料，完成浆料出在浆料罐9中，得到锂离子电池正极浆料。

实施例2

结合图3，实施例2的制备过程如下：

(a)按配方比例(正极活性材料94％-98％，导电剂1.0％-4.0％，粘接剂0.8％-2.0％)称取粉料，分别加入对应罐中，正极活性材料1经过除铁器，导电剂2经过除铁器，粘接剂3经过除铁器，将三种粉体物料和溶剂5(N-甲基吡咯烷酮)同时下放在双轴桨叶式高效混合机4中，混合均匀，混合时间3-5min，得到正极预混浆料；

(b)将所有正极预混浆料加入搅拌机6中，搅拌机设备公转速度为≤15rpm，自转速度≤1000rpm，混合时间≤60min；

(c)完成b步骤后的浆料通过高速分散机7分散，转速14000rpm,线速度66m/s；控制浆料温度为20～45℃，必要时(浆料升温较高时)用酒精擦拭匀浆锅或加冷却水或降低转速，出料粘度2900-8000MPa·s，固含量70～80％；

(d)将完成c步骤高速分散的浆料使用搅拌机6抽真空除泡，真空度≥-0.08Mpa,抽真空时间10-30min；

(e)完成f步骤后过筛8出料，完成浆料出在浆料罐9中，得到锂离子电池正极浆料。

对比例1

(a)按质量比，将100％溶剂加入制胶锅内，抽真空补氮气，真空度-0.08～-0.1mpa，氮气压力大于等于0.1mpa,加入0.9-1.5％粘接剂，搅拌60min均匀后，所述搅拌转速慢速30～40rpm+高速1500～2000rpm；得到胶液；

(b)在胶液中加入0.6-1.0％导电剂搅拌60min，所述搅拌转速慢速30～40rpm+高速1500～2000rpm,再抽真空30min,真空度高于-0.09Mpa，粘度400-1000MPa·s，固含量4.0～5.0％；

(c)加入正极材料(97.37％-98.07％)，搅拌，转速为1500-2200r/min，搅拌时间120～150min，再抽真空30min，真空度不高于-0.09MPa；浆料控制温度为20～45℃，必要时(浆料升温较高时)用酒精擦拭匀浆锅或加冷却水或降低转速，出料粘度2900-8000MPa·s，固含量70～80％；

(d)搅拌完成后的浆料过150目滤网过滤，获得锂离子电池正极浆料。

实施例1、2和对比例1的对比结果如下：

1、使用对比例工艺用时5.5h-6.0小时，而实施例用时2.5h-3.0h，实施例相比对比例制浆时间可缩短一半，因此本发明总的时间优于传统(对比例1)的制备方法；

2、对比例1制备过程中需打导电胶液，而实施例1和2无需制胶；对比例1需上料两次，下料两次，而实施例1和2只需上料一次，下料一次，其他均由设备系统自动进行，因此本发明工艺更加简单；

3、使用对比例1需多次检验，而实施例只做一次最终检查，可提高工作效率，降低人工劳动强度。

参阅图4和图5，图4是本发明实施例1、2与对比例1的浆料粘度对比图，图5是本发明实施例1、2与对比例1的浆料固含量对比图，从图4和图5可以看出，本发明制备的浆料粘度、固含量更稳定，质量更优，提高了锂离子电池浆料产品质量。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。