一種鋰離子電池負(fù)極漿料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極漿料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池因其具有質(zhì)量和體積比能量高、電壓平臺(tái)高、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。同時(shí)人們對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的性能也提出了越來(lái)越高的要求，多數(shù)鋰離子動(dòng)力電池高倍率循環(huán)性能不能滿足要求，同時(shí)循環(huán)后期存在較大安全隱患。
[0003]負(fù)極漿料的優(yōu)劣，顯著影響鋰離子電池的高倍率循環(huán)壽命，甚至成為其制約因素，傳統(tǒng)負(fù)極漿料的制備一般選用單一石墨或天然石墨與人造石墨混合作為負(fù)極活性物質(zhì)，但石墨負(fù)極存在低溫性能不佳和表面易產(chǎn)生鋰枝晶等問(wèn)題，從而導(dǎo)致鋰離子電池高倍率循環(huán)性能下降和安全隱患產(chǎn)生。傳統(tǒng)方法制備負(fù)極漿料時(shí)，直接將干粉與溶劑在攪拌機(jī)中攪拌，漿料不易分散，后期加工性能差，而且影響制得的鋰電池性能。
[0004]因此，需要尋找合適的負(fù)極漿料組成，改善負(fù)極組分，尋找一種更加有效的漿料制備方法，以提高負(fù)極漿料的分散效果，滿足鋰離子動(dòng)力電池高功率下循環(huán)壽命的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)以上不足，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池負(fù)極漿料及其制備方法。通過(guò)改進(jìn)負(fù)極材料的配比，嚴(yán)格控制各種材料的組合比例，并預(yù)先將負(fù)極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑在V形混料機(jī)中混合均勻，提高負(fù)極漿料攪拌時(shí)的分散效果，來(lái)提高鋰離子動(dòng)力電池的循環(huán)性能特別是高倍率循環(huán)性能，使其滿足更高的使用要求，同時(shí)有效消除其循環(huán)后期的安全隱患。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0007]—種鋰離子電池負(fù)極漿料，所述負(fù)極漿料包括以下原料組分及重量百分比:負(fù)極活性物質(zhì)42-44%、粘結(jié)劑2-2.5%、導(dǎo)電劑0.2-1 %、增稠劑0.5-1%,消泡劑0.1-0.3 %和溶劑52-55 %。
[0008]所述負(fù)極活性物質(zhì)包括天然石墨、人造石墨和硬碳的混合物，所述天然石墨、人造石墨和硬碳占三者總重量的百分比如下:天然石墨35-40%;人造石墨40-45%;硬碳15-25%。天然石墨的容量高、壓實(shí)高、加工性能好、成本低，但是循環(huán)性能差;而人造石墨的循環(huán)性能好，但也存在克容量發(fā)揮較低以及成本高等缺點(diǎn);硬碳的倍率性能和循環(huán)性能好，安全性能優(yōu)，但成本偏高。通過(guò)合理搭配三種物料達(dá)到最優(yōu)配比，可以改善負(fù)極漿料的加工性能，有效提高鋰離子動(dòng)力電池高倍率循環(huán)性能，降低安全隱患。
[0009]所述導(dǎo)電劑包括乙炔黑、導(dǎo)電碳黑和碳納米管中的一種或幾種。
[0010]所述粘結(jié)劑為丁苯橡膠乳液。
[0011 ]所述增稠劑為羧甲基纖維素。
[0012]所述消泡劑為N-甲基吡咯烷酮。其占負(fù)極漿料總質(zhì)量比小于0.3%，在水系負(fù)極中加入少量的N-甲基吡咯烷酮，可以促進(jìn)漿料氣泡的消除。
[0013]所述溶劑為去離子水。
[0014]所述負(fù)極漿料的粘度為1800-2500mPa.s，優(yōu)選為2050-2250mPa.s。粘度控制在這一范圍有助于后續(xù)涂布的操作，也有助于提高涂布的均勻性，從而提高電池的一致性和循環(huán)性能。
[0015]本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池負(fù)極漿料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
[0016](a)將配方量的負(fù)極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑預(yù)混，得到預(yù)混物；
[0017](b)將增稠劑加入到溶劑中攪拌2.5-3小時(shí)，形成增稠劑溶液；
[0018](c)向增稠劑溶液中加入一半預(yù)混物，攪拌1-1.5小時(shí);再加入另一半預(yù)混物，攪拌2-2.5小時(shí)；
[0019](d)最后加入粘結(jié)劑和消泡劑，攪拌0.5-1小時(shí)，即可制得鋰離子電池負(fù)極漿料。
[0020]所述步驟(a)中，預(yù)混所用設(shè)備為V型混料機(jī)，其主軸轉(zhuǎn)速為30-40r/min，混合時(shí)間為1.5-2小時(shí)，由于負(fù)極活性物質(zhì)種類多，不易分散，將負(fù)極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑預(yù)先混合均勻之后，再與粘結(jié)劑溶液混合攪拌制備漿料，有助于漿料分散均勻。
[0021]所述步驟(b)中的攪拌速度為公轉(zhuǎn)10-15r/min，自轉(zhuǎn)1000-1200r/min;
[0022]所述步驟(c)中的攪拌速度為公轉(zhuǎn)20-25r/min，自轉(zhuǎn)1800-2000r/min;
[0023]所述步驟(d)中的攪拌速度為公轉(zhuǎn)15-20r/min，自轉(zhuǎn)1200-1500r/min。
[0024]本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極漿料的選材和配比，增加預(yù)混工藝，明顯改善鋰離子動(dòng)力電池的高倍率循環(huán)性能和安全性能，具有重要的生產(chǎn)實(shí)踐意義。
【附圖說(shuō)明】
[0025 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1和比較例I的電池2C充電5C放電循環(huán)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明所用的各種原料均可通過(guò)市場(chǎng)上的銷售商家購(gòu)買得到。
[0027]實(shí)施例1
[0028]—種鋰離子電池負(fù)極漿料，包括以下原料組分及重量百分比:負(fù)極活性物質(zhì)42.77%, 丁苯橡膠乳液2.25%,導(dǎo)電碳黑0.45 %、羧甲基纖維素0.68 %、N_甲基吡咯烷酮
0.2%和去離子水53.65%；所述負(fù)極活性物質(zhì)包括天然石墨、人造石墨和硬碳的混合物，所述天然石墨、人造石墨和硬碳占三者總重量的百分比如下:天然石墨35 %、人造石墨45 %和硬碳20 %。
[0029 ]上述鋰離子電池負(fù)極漿料的制備方法為:
[0030](a)將配方量的負(fù)極活性物質(zhì)與導(dǎo)電碳黑以30r/min的轉(zhuǎn)速預(yù)混2h，得到預(yù)混物；
[0031](b)將羧甲基纖維素加入到去離子水中，在行星式攪拌機(jī)中，以公轉(zhuǎn)15r/min，自轉(zhuǎn)1200r/min的速度攪拌2.5小時(shí)，形成增稠劑溶液；
[0032](c)向增稠劑溶液中加入一半預(yù)混物，以公轉(zhuǎn)20r/min，自轉(zhuǎn)2000r/min的速度攪拌Ih;再加入另一半預(yù)混物，以公轉(zhuǎn)25r/min，自轉(zhuǎn)2000r/min的速度攪拌2h;
[0033](d)最后加入丁苯橡膠乳液和N-甲基P比略燒酮，以公轉(zhuǎn)15r/min，自轉(zhuǎn)1300r/min的速度攪拌lh，即可制得鋰離子電池負(fù)極漿料。其粘度為2050mPa.s。
[0034]按照常規(guī)軟包裝疊片式鋰離子動(dòng)力電池的生產(chǎn)方法制作負(fù)極片，后與常規(guī)正極片配合制成20Ah磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，并測(cè)其在2C充電5C放電的循環(huán)性能。在循環(huán)800周之后，容量保持率仍維持在94 %以上，如圖1所示。
[0035]實(shí)施例2
[0036]一種鋰離子電池負(fù)極漿料，包括以下原料組分及重量百分比:負(fù)極活性物質(zhì)43%、丁苯橡膠乳液2%、導(dǎo)電碳黑0.5%、羧甲基纖維素0.75%、N-甲基吡咯烷酮0.2%和去離子水53.55%；所述負(fù)極活性物質(zhì)包括天然石墨、人造石墨和硬碳的混合物，所述天然石墨、人造石墨和硬碳占三者總重量的百分比如下:天然石墨40%、人造石墨45%和硬碳15%。
[0037]上述鋰離子電池負(fù)極漿料的制備方法為:
[0038](a)將配方量的負(fù)極活性物質(zhì)與導(dǎo)電碳黑以30r/min的轉(zhuǎn)速預(yù)混2h，得到預(yù)混物；
[0039](b)將羧甲基纖維素加入到去離子水中，在行星式攪拌機(jī)中，以公轉(zhuǎn)10r/min，自轉(zhuǎn)1200r/min的速度攪拌2.5小時(shí)，形成增稠劑溶液；
[0040](c)向增稠劑溶液中加入一半預(yù)混物，以公轉(zhuǎn)25r/min，自轉(zhuǎn)1800r/min的速度攪拌1.5h;再加入另一半預(yù)混物，以公轉(zhuǎn)20r/min，自轉(zhuǎn)2000r/min的速度攪拌2.5h;
[0041 ] (d)最后加入丁苯橡膠乳液和N-甲基P比略燒酮，以公轉(zhuǎn)20r/min，自轉(zhuǎn)1500r/min的速度攪拌0.5h，即可制得鋰離子電池負(fù)極漿料。其粘度為2250mPa.s。
[0042]按照常規(guī)軟包裝疊片式鋰離子動(dòng)力電池的生產(chǎn)方法制作負(fù)極片，后與常規(guī)正極片配合制成20Ah磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，并測(cè)其在2C充電5C放電的循環(huán)性能。在循環(huán)800周之后，容量保持率仍維持在95%以上。
[0043]實(shí)施例3
[0044]一種鋰離子電池負(fù)極漿料，包括以下原料組分及重量百分比:負(fù)極活性物質(zhì)44%、丁苯橡膠乳液2.5%、乙炔黑0.2%、羧甲基纖維素1.0%、N-甲基吡咯烷酮0.1%和去離子水52.2%；所述負(fù)極活性物質(zhì)包括天然石墨、人造石墨和硬碳的混合物，所述天然石墨、人造石墨和硬碳占三者總重量的百分比如下:天然石墨38%、人造石墨40%和硬碳22%。
[0045 ]上述鋰離子電池負(fù)極漿料的制備方法為:
[0046](a)將配方量的負(fù)極活性物質(zhì)與乙炔黑以35r/min的轉(zhuǎn)速預(yù)混2h，得到預(yù)混物；
[0047](b)將羧甲基纖維素加入到去離子水中，在行星式攪拌機(jī)中，以公轉(zhuǎn)12r/min，自轉(zhuǎn)1100r/min的速度攪拌3.0小時(shí)，形成增稠劑溶液；
[0048](c)向增稠劑溶液中加入一半預(yù)混物，以公轉(zhuǎn)22r/min，自轉(zhuǎn)1900r/min的速度攪拌1.0h;再加入另一半預(yù)混物，以公轉(zhuǎn)22r/min，自轉(zhuǎn)1900r/min的速度攪拌2.5h;
[0049](d)最后加入丁苯橡膠乳液和N-甲基P比略燒酮，以公轉(zhuǎn)18r/min，自轉(zhuǎn)1300r/min的速度攪拌0.Sh，即可制得鋰離子電池負(fù)極漿料。其粘度為2100mPa.s。
[0050]按照常規(guī)軟包裝疊片式鋰離子動(dòng)力電池的生產(chǎn)方法制作負(fù)極片，后與常規(guī)正極片配合制成20Ah磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，并測(cè)其在2C充電5C放電的循環(huán)性能。在循環(huán)800周之后，容量保持率仍維持在93%以上。
[0051 ] 實(shí)施例4
[0052]一種鋰離子電池負(fù)極漿料，包括以下原料組分及重量百分比:負(fù)極活性物質(zhì)42%、丁苯橡膠乳液2.0%、碳納米管1.0%、羧甲基纖維素0.5%、N-甲基吡咯烷酮