一种用于改善锂离子电池低温性能的负极浆料及加工方法与流程

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于改善锂离子电池低温性能的负极浆料及加工方法。

背景技术：

随着锂离子电池的应用领域的扩展，对锂离子电池低温性能提出了更高的要求，特别是高纬度地区或特殊环境的应用，要求锂电池的低温性能从-10℃到-20℃，部分需求低于-40℃，锂离子电池的低温性能面临着更高的挑战。正负极材料、电解液、导电剂是提升低温性能的主要方向，但对能量密度及高温性能有负面的影响，且应用基本达到极限。锂电生产行业研究关注粘结剂方面的改善并不多，负极水性粘结剂的主流产品一直是丁苯橡胶类（sbr）的化合物，其综合性能良好，被锂电行业广泛应用。最近聚丙烯酸酯类的水性粘结剂的开发进展快速，与sbr相比，其在石墨的分散性、电解液溶胀性、低温收缩性、表面阻抗方面均优于sbr，在锂电池石墨负极上应用预测能提高电池的低温性能，且对能量密度及高温性能无负面影响，同时在价格上有优势。因此聚丙烯酸酯类的水性粘结剂有望大量代替sbr，成为锂电行业水性粘结剂的主流产品。

技术实现要素：

本发明的目的是基于市场对锂电池低温性能需求，提供一种用于改善锂离子电池低温性能的负极浆料及加工方法。

本发明的技术方案是：一种用于改善锂离子电池低温性能的负极浆料，包括下列重量组份的原料：丙烯酸酯1.5份；石墨100份；导电剂1份；2份nmp（n-甲基吡咯烷酮）；去离子水25-40；73份含1.5%羧甲基纤维素的水溶胶液。

一种用于改善锂离子电池低温性能的负极浆料的加工方法，包括下列加工步骤：

1)将丙烯酸酯1.5份和73份含1.5%羧甲基纤维素的水溶胶液中分散30min，充分分散，得到混合物一；

2)石墨100份和导电剂1份混合好后，用20-30份的去离子水及2份nmp在300～500rpm下混合0.5～lh，得到混合物二；

3)将混合物一分两次加入到混合物二中，每次以900～lloorpm混合1～1.5h，再加入5-10份水稀释，以1500～2000rpm混合1～1.5h得到所述负极浆料。

本发明的有益效果：本发明的负极浆料，能明显提高二次锂离子电池的低温性能，有助于扩展二次锂电池的应用范围，同时在价格上有优势。

附图说明

图1.不同温度下0.5c电流放电曲线，a为sbr组，b为聚丙烯酸酯组。

图2.不同温度下0.2c电流放电曲线，a为sbr组，b为聚丙烯酸酯组

图3.不同电流密度放电曲线，a为sbr组，b为聚丙烯酸酯组。

具体实施方式

实施例

一种用于改善锂离子电池低温性能的负极浆料，包括下列重量组份的原料：丙烯酸酯1.5份；石墨100份；导电剂1份；2份nmp（n-甲基吡咯烷酮）；去离子水25-40；73份含1.5%羧甲基纤维素的水溶胶液。

一种用于改善锂离子电池低温性能的负极浆料的加工方法，包括下列加工步骤：

1)将丙烯酸酯1.5份和73份含1.5%羧甲基纤维素的水溶胶液中分散30min，充分分散，得到混合物一；

2)石墨100份和导电剂1份混合好后，用20-30份的去离子水及2份nmp在300～500rpm下混合0.5～lh，得到混合物二；

3)将混合物一分两次加入到混合物二中，每次以900～lloorpm混合1～1.5h，再加入5-10份水稀释，以1500～2000rpm混合1～1.5h得到所述负极浆料。

本发明用等量的丙烯酸酯水性粘结剂（丙烯酸酯:石墨=1.5:100）完全代替传统电池sbr用于负极石墨(sbr:石墨=1.5:100)的浆料制备；加工过程，相对sbr，需提前加入到cmc（羧甲基纤维素）胶中分散30min，以充分分散，通过浸润、高粘度捏合、高速度分散和稀释分散步聚得到稳定的石墨浆料。用涂布机将该石墨浆料均匀涂覆在集流体两面上，在80-100℃条件下鼓风烘烤干，辊压分条成负极片用于电池集成。

从图1图2可以看出：

（1）低温性能的进行比较，1c=电芯额定容量（4080mah）图1.不同温度下0.5c电流放电曲线，a为sbr组，b为聚丙烯酸酯组。图2.不同温度下0.2c电流放电曲线，a为sbr组，b为聚丙烯酸酯组。

从图1和图2可知，用聚丙烯酸酯作为粘结剂的电芯在不同温度下的放电克容量均要比用sbr（丁苯橡胶）的大，不同温度下的放电曲线电压也比用sbr的高，表明放电平台高。温度越低，电流密度越大，使用聚丙烯酸酯的电芯性能优势越明显。图1中由上到下曲线分别表示：25℃-b组、25℃-a组、0℃-b组、0℃-a组、负10℃-b组、负10℃-a组。图2中由上到下曲线分别表示：25℃-b组、25℃-a组、20℃-b组、20℃-a组。

（2）倍率性能：如图3所示，1c=电芯额定容量（4080mah）

由图3可知，低电流密度时两粘结剂的电芯差别不大，当电流密度增加时，聚丙烯酸酯作为粘结剂的电芯放电克容量要比用sbr的大，电压平均也相对高，说明在大电流放电时,用聚丙烯酸酯粘结剂的负极极化更小，倍率性能更好。图3中由上到下曲线分别表示：b组-0.2c、a组-0.2c、b组-0.5c、a组-0.5c、b组-0.2c、b组-1c、a组-1c。

材料溶胀性，实验数据：ec/pc/dec（电解液溶剂：碳酸乙烯酯/碳酸丙烯酯/碳酸二乙酯）（1：1：1）70℃-24h条件下材料的溶胀率：sbr溶胀率210%；聚丙烯酸酯150%。聚丙烯酸酯的溶胀率要明显小于sbr的，溶胀率越小越有利于减小负极的极化，负极颗粒间不易产生空隙。在液态锂离子电池负极中，溶胀率小的粘结剂使得石墨颗粒间能紧密靠在一起，有利于电子的传导作用，有利于提高低温性能和倍率性。

综上分析，聚丙烯酸酯水性粘结剂替换sbr在锂离子电池负极石墨上的应用，能够明显提高锂离子电池的低温性能、倍率性能，使得锂离子电池应用更加广泛，满足市场对锂离子电池在低温性能的需求。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于改善锂离子电池低温性能的负极浆料及加工方法，包括下列重量组份：丙烯酸酯1.5份；石墨100份；导电剂1份；2份NMP（N‑甲基吡咯烷酮）；去离子水25‑40；73份含1.5%羧甲基纤维素的水溶胶液。一种用于改善锂离子电池低温性能的负极浆料的加工方法，包括下列加工步骤：1)将丙烯酸酯和羧甲基纤维素的水溶胶液中分散，得到混合物一；2)石墨和导电剂混合，用去离子水混合，得到混合物二；3)将混合物一分两次加入到混合物二中，每混合再加入5‑10份水稀释，混合得到所述负极浆料。本发明的负极浆料，能明显提高二次锂离子电池的低温性能，有助于扩展二次锂电池的应用范围，同时在价格上有优势。

技术研发人员：林俊颇;林俊仰;朱孟;朱伯礼
受保护的技术使用者：中山天贸电池有限公司
技术研发日：2018.02.07
技术公布日：2019.08.13