[发明专利]一种锂离子电池负极浆料的制备方法在审

专利信息
申请号: 201610974969.8 申请日: 2016-11-07
公开(公告)号: CN107785545A 公开(公告)日: 2018-03-09
发明(设计)人: 王涌;陆挺;吴晨琰 申请(专利权)人: 万向一二三股份公司;万向集团公司
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
代理公司: 杭州杭诚专利事务所有限公司33109 代理人: 尉伟敏
地址: 311215 浙江省杭州*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 锂离子电池 负极 浆料 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于锂离子电池领域,尤其是涉及一种锂离子电池负极浆料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有工作电压高、能量密度大、安全、质轻以及污染小的特点在电动汽车上得到了广泛使用,同时人们也对锂离子电池的性能,尤其是锂离子动力电池高倍率循环性能提出了越来越高的要求。

负极浆料的优劣及组成是显著影响锂离子电池的高倍率循环寿命的重要因素。目前的锂离子电池负极浆料可分为油性浆料和水性浆料,其区分根据为溶剂的极性。油性浆料多使用氮甲基吡咯烷酮为溶剂,聚偏氟乙烯为粘结剂。水性浆料则以水为溶剂,羧甲基纤维素钠为增稠剂,丁苯橡胶乳液为粘结剂。水性浆料以其成本较低,环境压力小而得到了工厂的普遍采用。传统方法制备负极浆料是将活性物质、增稠剂、导电剂、粘结剂依次加入并搅拌而获得。然而这种方式不利于搅拌均匀、分散且整个制备过程耗时较长,在实际生产过程中常出现由于负极浆料稳定性较差,长时间存放会发生沉降、结块的现象,使得后期加工性能较差,影响着导电性能和工作效率。此外,除了负极浆料外,电解液和成膜剂也是负极材料至关重要的组成部分,关系着固体电解质相界面(SEI)膜的化学组成、结构和稳定性等,是决定锂离子电池碳负极和电解液相容性的关键。在目前的生产应用中,如何降低电池的内阻,提升电池的倍率性能和高循环性能,选择更为高效的成膜剂添加工艺和组成,是提升锂离子电池品质的要素。

因此,探索更为高效的负极浆料组份,寻找一种更为有效的负极浆料的制备方法,提高负极浆料的分散均一性,降低电池的内部阻抗,提升电池的倍率性能和锂离子动力电池高功率下循环寿命无疑具有重要的意义。

发明内容

针对负极浆料各组份混合的均匀性、稳定性以及所制备的锂离子内阻、倍率性能以及循环寿命的不足,本发明提供了一种锂离子电池负极浆料的制备方法。通过优选负极浆料各原料组成,控制各种材料的比例,在低温条件下进行多次混合、搅拌以提高浆料的分散效果,并在浆料制备阶段添加成膜剂和稳定剂以提高所制备浆料的品质,以满足更高的使用要求。

本发明是通过以下技术实现的:

一种锂离子电池负极浆料的制备方法,所述负极浆料由活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂、成膜剂、稳定剂和去离子水混合而成,包括以下步骤:(1)将增稠剂和占去离子水总量的20wt%~30wt%去离子水混合,搅拌,得到胶状溶液;(2)分别将胶状溶液和剩余去离子水进行冷冻,并制得胶液固体冰粒和去离子水冰粒;(3)将所称取的占胶液固体冰粒总量的60wt%~70wt%胶液固体冰粒、活性物质和占去离子水冰粒总量的20wt%~30wt%去离子水冰粒混合,并于-40~-30℃条件下进行恒温搅拌,制得混合物A;(4)将剩余的胶液固体冰粒、剩余的去离子水冰粒、导电剂、粘结剂、成膜剂和稳定剂混合,并于-40~-30℃条件下进行恒温搅拌,制得混合物B;(5)将混合物A和混合物B于-40~-30℃条件下混合,以升温速率为0.2~0.5℃/min将混合体系升温至室温,升温的过程中进行持续搅拌,待混合体系温度达到室温后,停止搅拌,即得锂离子电池负极浆料。

优选地,以去离子水的总重量为100份计,所述活性物质为50~130重量份,所述导电剂为2~3重量份,所述粘结剂为1~3重量份,所述增稠剂为1~4重量份。

优选地,以活性物质的总质量为基准,所述成膜剂的质量分数为0.3wt%~1wt%,所述稳定剂的质量分数为0.1wt%~0.4wt%。

优选地,所述搅拌速度为500~1000rpm,搅拌时间为60~180min。

优选地,所述活性物质为石墨烯、锡碳合金和硅碳合金的混合物,其中,石墨烯的质量分数为90wt%~95wt%,锡碳合金的质量分数为1wt%~5wt%,硅碳合金的质量分数为1wt%~5wt%。

优选地,所述导电剂为乙炔黑、科琴黑和锡镍合金的混合物,其中,乙炔黑的质量分数为40wt%~55wt%,科琴黑的质量分数为40wt%~55wt%,锡镍合金的质量分数为1wt%~5wt%。

优选地,所述成膜剂为磷酸锂和硼酸锂中的一种或两种和磷酸二苯辛酯的混合物,其中,所述磷酸二苯辛酯的质量分数为混合物的30wt%~60wt%,其余为磷酸锂和硼酸锂中的一种或两种。

优选地,所述稳定剂为硝酸银、磷酸二氢铵、肉桂醛、纳米蒙脱土和十二烷基醋酸胍中的一种或几种。

优选地,所述粘结剂为丁苯橡胶乳液和聚氨酯乳液的混合物,其中,丁苯橡胶乳液和聚氨酯乳液的质量比为82~96:18~4。

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