一种锂离子动力电池负极的合浆方法与流程

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子动力电池负极的合浆方法。
背景技术：
锂离子电池的负极浆料是由粘合剂、负极活性物质、导电剂等组成。浆料的制备包括了液体与液体、液体与固体物料之间的相互混合、溶解、分散等一系列工艺过程，且在制备过程中都伴随着温度、粘度、环境等变化。锂离子电池浆料的混合分散过程可以分为宏观混合过程和微观分散过程，这两个过程始终都会伴随着锂离子电池浆料制备的整个过程。浆料的制备一般会经过干粉混合、半干泥状捏合阶段、稀释分散阶段。其中半干泥状捏合阶段对于成品浆料的粒度和粘度有至关重要的影响，这个阶段在干粉混合均匀之后，加入粘结剂液体或溶剂，原材料被润湿、呈泥状，经过搅拌机的强力搅拌，物料受到机械力的剪切和摩擦，同时颗粒之间也会有内摩擦，在各个作用力下，原料颗粒之间趋于高度分散。目前锂离子动力电池负极合浆大多是在双行星分散设备中完成的，合浆工艺是先将分散剂溶于溶剂中配制成分散剂溶液，然后加入导电剂和活性物质进行搅拌，最后加入水性粘结剂搅拌均匀，调节好粘度完成合浆，这种合浆工艺将半干泥状捏合阶段和稀释分散阶段合在一起，导致物料的机械剪切和摩擦力不足，原料颗粒之间的分散度不高，最终浆料质量不好；此外锂离子电池逐渐向高比能量、大容量发展，负极材料常选用石墨等高克容量材料，而目前高克容量的负极石墨都是二次颗粒与单颗粒复合而成，这种石墨分散较困难，如果采用传统的合浆工艺极易出现物料颗粒不均匀以及浆料不稳定易沉降的情况。技术实现要素：本发明旨在提供一种锂离子动力电池负极的合浆工艺，解决了合浆过程中原料颗粒分散不均匀，浆料易沉降，浆料质量不好的问题。本发明为了实现上述目的，采用以下技术方案：一种锂离子动力电池负极的合浆方法，包括以下步骤：(1)胶液制作：将溶剂和分散剂加入打胶机中，搅拌均匀，制得胶液，分别制备两种胶液，一种为固含量高于1.5％的高固含量胶液，另一种为固含量低于1.5％的低固含量胶液；(2)浆料制作：将高固含量胶液、负极活性物质和导电剂加入合浆缸中，搅拌均匀后加入低固含量胶液，搅拌均匀后再加入粘结剂，继续搅拌均匀，完成合浆，制得合浆浆料；(3)调粘：调节合浆浆料粘度，高速分散消泡后合浆出料。优选的，步骤(2)中所述合浆浆料中各组分按重量份数计，比例为负极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂＝94.4～96.3:1.0～1.6:1.2～2.0:1.5～2.0，其中，所述分散剂的总重量的60％～80％为所述高固含量胶液中分散剂添加量，余量为所述低固含量胶液中分散剂添加量；所述步骤(3)中合浆浆料调粘后的浆料固含量为50～60％。进一步方案，所述负极活性物质为石墨。优选的，所述石墨为人造单颗粒石墨和二次颗粒石墨复合而成，其克容量为1c350mah/g以上。进一步方案，所述导电剂为sp。进一步方案，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。进一步方案，所述粘结剂为丁苯橡胶。优选的，所述步骤(1)中高固含量胶液和低固含量胶液制作的搅拌速度均为公转12～14rpm自转1400～1800rpm，搅拌时间不低于120min。进一步方案，所述步骤(2)中高固含量胶液、负极活性物质和导电剂加入合浆缸后，先低速预搅拌一段时间后开始高速搅拌一段时间，然后加入低固含量胶液，继续高速搅拌一段时间后加入粘结剂，继续高速搅拌一段时间制得合浆浆料；其中，低速预搅拌公转转速不超过10rpm，自转转速不超过400rpm，搅拌时间不超过30min；高速搅拌公转转速不低于12rpm，自转转速不低于800rpm，每步高速搅拌时间不低于60min。本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：本发明的合浆方法中分散剂胶液有两种固含量，在合浆过程分步加入，第一步使用高固含量胶液，在此过程中胶液粘度高，石墨二次颗粒吸收胶液较少，分散剂增稠效果好，同时浆料固含量高，搅拌过程中粉料受到机械的剪切力和摩擦力大，粉料颗粒分散的程度高；第二步使用低固含量胶液，对浆料进一步分散稀释，最后加入丁苯橡胶。整个过程易控制，石墨二次颗粒对分散剂消耗量少，分散剂增稠稳定浆料效果好，同时粉料分散效果好，浆料不易沉降，最终得到的浆料均匀性和稳定性均较好。此外，使用该合浆方法制得的浆料制作的锂离子电池的倍率和功率性能均得到提升。附图说明图1为实施例和对比例中浆料流变曲线图。具体实施方式下面结合附图及具体的实施例，对本发明进行进一步的说明。实施例1取以下重量份数的组分制作负极浆料，其中负极石墨95.8份，导电剂sp1.2份，羧甲基纤维素钠(以下简称cmc)1.2份，丁苯橡胶(以下简称sbr)1.8份，溶剂为去离子水。负极石墨为人造单颗粒石墨和二次颗粒石墨复合完成，其克容量为1c350mah/g以上。(1)胶液制作：将0.72份cmc和适量去离子水加入打胶机中，公转14rpm自转1800rpm搅拌120min，完成打胶，制得固含量为1.79％，粘度为42500mpa·s的高固含量胶液；将0.48份cmc和适量去离子水加入打胶机中，公转14rpm自转1800rpm搅拌120min，完成打胶，制得固含量为0.9％，粘度为5050mpa·s的低固含量胶液；(2)浆料制作：将高固含量胶液、95.8份负极石墨和1.2份导电剂sp加入合浆缸中，先公转10rpm自转400rpm低速预搅拌30min，再公转12rpm自转800rpm高速搅拌60min；然后加入低固含量胶液，公转12rpm自转800rpm高速搅拌60min后，加入1.8份sbr，继续公转12rpm自转800rpm高速搅拌60min，完成合浆，制得合浆浆料。(3)调粘：调节合浆浆料粘度，制得固含量为53.2％的浆料，高速分散消泡后合浆出料。实施例2取以下重量份数的组分制作负极浆料，其中负极石墨94.4份，导电剂sp1.0份，羧甲基纤维素钠(以下简称cmc)1.5份，丁苯橡胶(以下简称sbr)1.5份，溶剂为去离子水。负极石墨为人造单颗粒石墨和二次颗粒石墨复合完成，其克容量为1c350mah/g以上。(1)胶液制作：将1.05份cmc和适量去离子水加入打胶机中，公转12rpm自转1600rpm搅拌140min，完成打胶，制得固含量为1.81％，粘度为42300mpa·s的高固含量胶液；将另外0.45份cmc和适量去离子水加入打胶机中，公转12rpm自转1600rpm搅拌140min，完成打胶，制得固含量为1.2％，粘度为5340mpa·s的低固含量胶液；(2)浆料制作：将高固含量胶液、94.4份负极石墨和1.0份导电剂sp加入合浆缸中，先公转8rpm自转350rpm低速预搅拌25min，再公转14rpm自转1000rpm高速搅拌70min；然后加入低固含量胶液，公转14rpm自转1000rpm高速搅拌70min后，加入1.5份sbr，继续公转14rpm自转1000rpm高速搅拌70min，完成合浆，制得合浆浆料。(3)调粘：调节合浆浆料粘度，制得固含量为50％的浆料，高速分散消泡后合浆出料。实施例3取以下重量份数的组分制作负极浆料，其中负极石墨96.3份，导电剂sp1.6份，羧甲基纤维素钠(以下简称cmc)2.0份，丁苯橡胶(以下简称sbr)2.0份，溶剂为去离子水。负极石墨为人造单颗粒石墨和二次颗粒石墨复合完成，其克容量为1c350mah/g以上。(1)胶液制作：将1.6份cmc和适量去离子水加入打胶机中，公转13rpm自转1400rpm搅拌160min，完成打胶，制得固含量为2.02％，粘度为43110mpa·s的高固含量胶液；将另外0.4份cmc和适量去离子水加入打胶机中，公转13rpm自转1400rpm搅拌160min，完成打胶，制得固含量为1.01％，粘度为5022mpa·s的低固含量胶液；(2)浆料制作：将高固含量胶液、96.3份负极石墨和1.6份导电剂sp加入合浆缸中，先公转8rpm自转400rpm低速预搅拌30min，再公转14rpm自转900rpm高速搅拌60min；然后加入低固含量胶液，公转14rpm自转900rpm高速搅拌60min后，加入2.0份sbr，继续公转14rpm自转900rpm高速搅拌60min，完成合浆，制得合浆浆料。(3)调粘：调节合浆浆料粘度，制得固含量为59.8％的浆料，高速分散消泡后合浆出料。对比例1取以下重量份数的组分制作负极浆料，其中负极石墨95.8份，导电剂sp1.2份，羧甲基纤维素钠(以下简称cmc)1.2份，丁苯橡胶(以下简称sbr)1.8份，溶剂为去离子水。其中负极石墨为人造单颗粒石墨和二次颗粒石墨复合完成，其克容量为1c350mah/g以上。(1)胶液制作：将1.2份cmc和适量去离子水加入打胶机中，其中去离子水用量与实施例1中两种胶液的去离子水总用量相同，公转14rpm自转1800rpm搅拌120min，完成打胶，制得固含量为1.35％，粘度为9043mpa·s的胶液；(2)浆料制作：将胶液、95.8份负极石墨和1.2份导电剂sp加入合浆缸中，先公转10rpm自转400rpm低速预搅拌30min，然后公转12rpm自转800rpm高速搅拌120min后，加入1.8份sbr，继续公转12rpm自转800rpm高速搅拌60min，完成合浆，制得合浆浆料。(3)调粘：调节合浆浆料粘度，制得固含量为53.2％的浆料，高速分散消泡后合浆出料。将上述实施例1和对比例1中制得的浆料进行粘度、固含量、流变以及细度检测，结果见表1和图1。并将实施例1和对比例1中浆料制作成极片，配以相同的正极极片以及相同的制作过程制作成8.5ah软包电池，并对电池做倍率和hppc测试，hppc测试结果见表2，倍率测试结果见表3。表1浆料粘度、固含量和细度测试结果项目实施例1对比例1浆料粘度(mpa·s)48724633浆料固含量(％)53.1653.36细度(μm)2536表2实施例1和对比例1浆料制作成的电池hppc测试结果表3实施例1和对比例1浆料制作成的电池倍率测试结果结果对比可见，实施例1和对比例1中浆料粘度固含量相比无差别，但是从细度(见表1)和流变曲线(见图1)来看，实施例1中浆料明显优于对比例1中浆料，实施例1中浆料物料颗粒的分散及浆料稳定性明显优于对比例1。另外，本发明的浆料制作成的电池的hppc性能(见表2)和倍率(见表3)均优于对比例1。说明采用本发明合浆方法制备的负极浆料，物料颗粒分散度好且分散均匀，浆料不易沉降，稳定性优；采用本发明合浆方法制作的浆料制备的锂离子电池倍率和功率性能均较好。以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本
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