负极浆料及制备方法、负极片和锂离子电池与流程

本发明属于锂电池领域，具体涉及一种负极浆料及制备方法、负极片和锂离子电池。

背景技术：

1、近年来，在政策的大力支持下，锂离子电池进入了新的战略发展关键期。随着涂覆量和压实的进一步提升，电解液对极片的快速浸润成为重要挑战。负极界面的浸润性是否良好影响着sei膜的形成好坏，负极片浸润不良导致界面处传质阻抗增加，去溶剂化过程缓慢，锂离子嵌入负极的动力学行为受限，由此在界面诱发锂盐沉积，劣化负极界面状态。久而久之，随着充放电进行，浸润性不良导致负极界面电解液副反应加剧，sei膜持续增厚，阻碍锂离子传输，最终恶化倍率性能，影响容量发挥，导致循环跳水。

2、此外，涂布烘干过程中由于负极片的高表面张力导致极片开裂，造成极片电阻增大，同样会恶化倍率和循环性能。此外，改善极片开裂及粘结力差的传统方法是增加极片中的粘结剂用量，但是这种方法不可避免地会造成极片电阻增加，最终导致电池的倍率性能下降，电性能变差。

3、因此，寻找一种能够原位改善负极界面浸润性，保证极片粘结力，防止极片开裂，同时能够不影响极片电阻及电池倍率性能的方法，对于提升锂离子电池综合电性能至关重要。

4、现阶段，改善负极片对电解液浸润性的手段主要有在电解液配方中引入浸润剂和在负极匀浆过程中加入添加剂。cn114583276a公开了一种高浸润电解液配方，所选浸润剂为乙烯基三(2，2，2-三氟)乙氧基硅烷，改善了电解液对极片的浸润性，但此种浸润剂的加入量稍多就会影响电解液的电导率，加入量过少则对浸润性改善无效。cn112500542a公开了一种用于负极片的苯丙共聚物-b-peo-b-苯丙共聚物嵌段共聚物的水溶性交联物添加剂，依靠聚合物中的网络结构和亲水基团改善了负极片与电解液的亲和性，提升了负极片的保液性，但此种聚合物制备工艺复杂，且交联物吸液后溶胀，增加了负极片在循环后期膨胀以及电池鼓包风险。cn114388792a公开了一种用于负极片的丙烯酸类树脂及其衍生物添加剂，在制备负极浆料时可形成阴离子高分子乳液，利用粒子胶膜在电解液中发生高度溶胀，从而增加负极片的浸润性，此种树脂类添加剂虽免去制备工艺，但吸液后的高度溶胀仍会加剧电池鼓包风险，劣化后期循环性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种负极浆料及制备方法、负极片和锂离子电池。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种负极浆料添加剂，结构如式(i)示出；

4、

5、其中，m为氢、锂、钠或钾中的至少一种；4≤n≤14，且为整数。

6、优选的，结构如式(i i)示出；

7、

8、本发明还包括一种负极浆料，包括所述的负极浆料添加剂；所述负极浆料添加剂为负极浆料制备材料的总干重的0.05％-0.2％，优选为0.1％-0.15％，更优选为0.15％。

9、负极浆料制备材料包括负极活性主料、导电剂、粘结剂以及负极浆料添加剂；以负极浆料制备材料的总干重为100％计，负极活性主料的干重占93％-98％，所述导电剂的干重占0.5％-5％，所述粘结剂的干重占0.5％-3％。

10、所述负极活性主料为碳材料，包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳等中的至少一种。

11、所述导电剂为super-p、ecp、cnt、石墨烯和乙炔黑等中的至少一种。

12、所述粘结剂包括丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和聚丙烯酸中的至少一种。

13、本发明还包括一种所述的负极浆料的制备方法，包括下述步骤：

14、(1)将负极活性主料与导电剂按照组分量进行混合；

15、(2)在(1)得到的混合浆料中加入粘结剂，加溶剂后充分搅拌，进行第一次固含量调试；

16、(3)在(2)得到的混合浆料中再次加入粘结剂，加溶剂后充分搅拌，进行第二次固含量调试；

17、(4)在(3)得到的混合浆料中再次加入粘结剂，加溶剂后充分搅拌，进行第三次固含量调试；

18、之后，调控溶剂的加入量，直至浆料粘度达到要求；

19、所述负极浆料添加剂在(2)、(3)、(4)中任意一步或多步分别加入。

20、优选的，最终浆料固含量在40％-60％，粘度在3000±200cp。

21、本发明还包括一种锂离子电池，包括负极片；所述的负极片采用所述的负极浆料涂覆到负极集流体表面得到。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、本发明所述阴离子型聚合物添加剂，具有以下优点：1)c-f键的键能较大，具有较强的电化学稳定性，电池充放电过程中不会发生额外副反应；2)依靠全氟碳链的疏水作用和羧基基团的亲水性，协同改善匀浆时浆料状态，有助于获得原位高浸润负极片；3)羧基基团可与cmc分子之间产生氢键相互作用力，同时氟碳链可与sbr分子的丁二烯共轭链相互缠绕，因此匀浆时可稳定悬浮于混合浆料中，在不增加整体粘结剂用量的情况下，提升负极片的粘结力，避免由于sbr和cmc的增加对电池倍率性能的损害；4)羰基氧原子的孤对电子云，可以促进锂离子迁移，提升极片电导率，进而改善倍率性能；5)在极低添加量下，即可显著减少相间界面张力，缓解涂布时负极片开裂现象。

24、本发明提供的原位高浸润负极片，制备工艺简单，既不影响电解液电导率，也无需进行前期预处理，同时避免负极片的高度溶胀带来的电池鼓包风险，还可一定程度防止涂布过程中负极片开裂，并且具有高粘结力和高电导率特性，进而提升电池的倍率性能，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种负极浆料，其特征在于，所述负极浆料包括负极浆料添加剂，负极浆料添加剂的结构式如式(i)示出；

2.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于，所述负极浆料添加剂的结构式如式(ii)示出；

3.根据权利要求1或2所述的负极浆料，其特征在于，所述负极浆料添加剂为负极浆料制备材料的总干重的0.05％-0.2％，优选为0.1％-0.15％，更优选为0.15％。

4.根据权利要求1-3之一所述的负极浆料，其特征在于，负极浆料制备材料包括负极活性主料、导电剂、粘结剂以及负极浆料添加剂；以负极浆料制备材料的总干重为100％计，负极活性主料的干重占93％-98％，所述导电剂的干重占0.5％-5％，所述粘结剂的干重占0.5％-3％。

5.根据权利要求1-4之一所述的负极浆料，其特征在于，所述负极活性主料为碳材料，包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳和软碳中的至少一种。

6.根据权利要求1-5之一所述的负极浆料，其特征在于，所述导电剂为super-p、ecp、cnt、石墨烯和乙炔黑中的至少一种。

7.一种权利要求1-6之一所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

8.一种权利要求7所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，最终浆料固含量在40％-60％，粘度在3000±200cp。

9.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层采用权利要求1-6之一所述的负极浆料制备得到。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的负极片。

技术总结
本发明属于锂电池领域，具体涉及一种负极浆料及制备方法、负极片和锂离子电池。所述负极浆料包括负极浆料添加剂，其结构如式(I)示出；其中，M为氢、锂、钠或钾中的至少一种；4≤n≤14，且为整数。本发明提供的负极浆料制备的原位高浸润负极片，制备工艺简单，既不影响电解液电导率，也无需进行前期预处理，同时避免负极片的高度溶胀带来的电池鼓包风险，还可一定程度防止涂布过程中负极片开裂，并且具有高粘结力和高电导率特性，能够提升电池的倍率性能，具有良好的应用前景。

技术研发人员：王姣姣,赵彬涛,张悦,曾涛
受保护的技术使用者：力神（青岛）新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14