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CN104577042A - 锂离子电池负极浆料及制备方法 - Google Patents

锂离子电池负极浆料及制备方法 Download PDF

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CN104577042A CN201410802589.7A CN201410802589A CN104577042A CN 104577042 A CN104577042 A CN 104577042A CN 201410802589 A CN201410802589 A CN 201410802589A CN 104577042 A CN104577042 A CN 104577042A
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关成善
宗继月
张敬捧
朱波青
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Shandong Goldencell Electronics Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种长寿命锂离子电池负极浆料及制备方法。本发明采用以下技术方案：锂离子电池负极浆料，所述浆料为负极干粉与溶剂的混合物，负极干粉由负极活性物质、草酸、粘结剂和导电剂组成，各组分质量百分比为：负极活性物质88-94%，草酸0.1-0.3%，粘结剂3-6%，导电剂3-6%，微量草酸的加入，有助于提高负极浆料在铜箔上的粘结性。本发明通过改进锂离子电池负极浆料的组分，优化负极浆料的混合搅拌分散工艺，保证了负极浆料涂布的均匀与平整，明显改善了锂离子电池的高倍率循环性能，具有重要的生产实践意义。

Description

锂离子电池负极浆料及制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种长寿命锂离子电池负极浆料及制备方法。
背景技术
锂离子电池因其具有质量和体积比能量高、电压平台高、绿色环保等优点，在电子设备，储能设备及电动交通工具等方面的应用越来越广泛。人们也对锂离子电池的性能提出了越来越高的要求。而循环寿命显著影响锂离子电池的使用性能。
负极浆料的组成和制备方法，显著影响锂离子电池的循环寿命，特别是高倍率循环寿命，甚至成为其制约因素。传统负极浆料的制备一般选用单一石墨作为负极活性物质。制备浆料时，一般是将粘结剂，导电剂和负极石墨按顺序加入溶剂中搅拌，或将负极石墨分几次加入，搅拌后获得负极浆料。这种负极选材和制备方法不能满足锂离子电池高倍率下循环的需求。
因此，需要调整锂离子电池负极组分，寻找一种更加有效的浆料制备方法，满足锂离子电池循环寿命特别是高功率下循环寿命的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种长寿命锂离子电池负极浆料及制备方法，通过改善负极材料的配比，增加球磨工艺，优化浆料搅拌分散方法，来改善锂离子电池的循环性能特别是高倍率循环性能，使其满足更广范围内的需求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池负极浆料，其特征是，由负极干粉与溶剂的混合物组成，所述负极干粉由负极活性物质、草酸、粘结剂和导电剂组成，各组分质量百分比为：负极活性物质87.7-93.9%，草酸0.1-0.3%，粘结剂3-6%，导电剂3-6%。
所述负极浆料的粘度为3000-5000mpas。
所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
所述导电剂为导电炭黑和碳纳米管中的一种或其混合物。
负极活性物质为中间相碳微球、人造石墨和硬碳的混合物。
所述负极活性物质组分质量百分比为：中间相碳微球65-75%，人造石墨10-15%，硬碳10-20%。
制备锂离子电池负极浆料的方法，主要包括以下步骤：
（1）将负极活性物质与导电剂置于球磨机中球磨混合均匀，球磨时间为3-5h。（2）将粘结剂加入到溶液中搅拌，充分溶解。
（3）将球磨后的混合物取一半加入搅拌好的粘结剂中，并加入少量草酸，充分搅拌1-2.5h。草酸的加入，有助于提高负极浆料在铜箔上的粘结性。为保证分散效果，物料分两次加入。
（4）将剩余球磨混合物加入粘结剂中，充分搅拌2-3.5h，后放慢搅拌速度以消除气泡。
（5）对得到的浆料进行粘度测试，若粘度在3000-5000mpas，则可以出料，若粘度高于5000mpas，则加入适量溶剂，继续搅拌，直至粘度符合要求。
基于以上发明提供的技术方案可见，本发明通过改进锂离子电池负极浆料的组分，优化负极浆料的混合搅拌分散工艺，保证了负极浆料涂布的均匀与平整，明显改善了锂离子电池的高倍率循环性能，具有重要的生产实践意义。
附图说明
    图1为本发明实施例1的电池1C充电10C放电循环曲线图。
图2为本发明实施例2的电池1C充电10C放电循环曲线图。
图3为本发明实施例3的电池1C充电10C放电循环曲线图。
图4为本发明对比例1的电池1C充电10C放电循环曲线图。
具体实施方式
一种锂离子电池负极浆料，其特征是，由负极干粉与溶剂的混合物组成，所述负极干粉由负极活性物质、草酸、粘结剂和导电剂组成，各组分质量百分比为：负极活性物质87.7-93.9%，草酸0.1-0.3%，粘结剂3-6%，导电剂3-6%。
所述负极浆料的粘度为3000-5000mpas。
所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
所述导电剂为导电炭黑和碳纳米管中的一种或其混合物。
所述负极活性物质为中间相碳微球、人造石墨和硬碳的混合物。
所述负极活性物质组分质量百分比为：中间相碳微球65-75%，人造石墨10-15%，硬碳10-20%。
制备锂离子电池负极浆料的方法，主要包括以下步骤：
（1）将负极活性物质与导电剂置于球磨机中球磨混合均匀，球磨时间为3-5h；负极活性物质为中间相碳微球、人造石墨和硬碳三种物质的混合物，其依次加入粘结剂不易混合分散均匀，导电剂比表面积大，表面能高，将其单独加入粘结剂时，也不易分散，所以将负极活性物质和导电剂预先球磨混合，有助于改善分散效果。另外预先球磨也有助于改善物料细度，使涂布更加平整。
（2）将粘结剂加入到溶剂中搅拌，充分溶解。
（3）将球磨后的混合物取一半加入搅拌好的粘结剂中，并加入少量草酸，充分搅拌1-2.5h；
（4）将剩余球磨混合物加入粘结剂中，充分搅拌2-3.5h，后放慢搅拌速度以消除气泡；
（5）对得到的浆料进行粘度测试，若粘度在3000-5000mpas，则可以出料，若粘度高于5000mpas，则加入溶剂，继续搅拌，直至粘度符合要求。
下面结合具体的实施例和附图，更加清楚的说明本发明的内容，但本发明的实施不局限于以下的实施例。
实施例1
按照58.5:13.5:18:0.2:4.8:5的比例称取中间相碳微球、人造石墨、硬碳、草酸、聚偏氟乙烯和导电炭黑。
将聚偏氟乙烯加入到溶剂N-甲基吡咯烷酮中，用普通的行星搅拌机搅拌，溶解充分。
将中间相碳微球、人造石墨、硬碳和导电炭黑加入到球磨机中，球磨4h，之后将球磨好的混合物料取一半和称取的草酸一起加入到搅拌好的粘结剂中，先慢速搅拌20min，再高速搅拌1h。之后加入剩余的混合物料，先慢速搅拌20min，再高速搅拌2h，搅拌充分后，消除气泡，测量粘度为4080 mpas，得到负极浆料。
在试验线上按照常规软包装叠片锂离子电池的生产方法，涂布，辊压，模切，然后与磷酸铁锂正极片，隔膜叠片制成电芯，再经烘烤，注液，搁置，化成，分容等工序制成20Ah磷酸铁锂倍率型电池。
实施例2
按照68.1:9.08:13.62:0.2:5:4的比例称取中间相碳微球、人造石墨、硬碳、草酸、聚偏氟乙烯和导电炭黑。
将聚偏氟乙烯加入到溶剂N-甲基吡咯烷酮中，用普通的行星搅拌机搅拌，溶解充分。
将中间相碳微球、人造石墨、硬碳和导电炭黑加入到球磨机中，球磨5h，之后将球磨好的混合物料取一半和称取的草酸一起加入到搅拌好的粘结剂中，先慢速搅拌20min，再高速搅拌2h。之后加入剩余的混合物料，先慢速搅拌20min，再高速搅拌3h，搅拌充分后，消除气泡，测量粘度为3650 mpas，得到负极浆料。
在试验线上按照常规软包装叠片锂离子电池的生产方法，涂布，辊压，模切，然后与磷酸铁锂正极片，隔膜叠片制成电芯，再经烘烤，注液，搁置，化成，分容等工序制成20Ah磷酸铁锂倍率型电池。
实施例3
按照69.75:13.95:9.3:0.1:3.9:3的比例称取中间相碳微球、人造石墨、硬碳、草酸、聚偏氟乙烯和碳纳米管。
将聚偏氟乙烯加入到溶剂N-甲基吡咯烷酮中，用普通的行星搅拌机搅拌，溶解充分。
将中间相碳微球、人造石墨、硬碳和导电炭黑加入到球磨机中，球磨5h，之后将球磨好的混合物料取一半和称取的草酸一起加入到搅拌好的粘结剂中，先慢速搅拌20min，再高速搅拌1h。之后加入剩余的混合物料，先慢速搅拌20min，再高速搅拌2h，搅拌充分后，消除气泡，测量粘度为4550 mpas，得到负极浆料。
在试验线上按照常规软包装叠片锂离子电池的生产方法，涂布，辊压，模切。然后与磷酸铁锂正极片，隔膜经叠片制成电芯，再经烘烤，注液，搁置，化成，分容等工序制成20Ah磷酸铁锂倍率型电池。
对比例1
按照91:5:4的比例称取中间相碳微球、聚偏氟乙烯和导电炭黑。
将聚偏氟乙烯加入到溶剂N-甲基吡咯烷酮中，用普通的行星搅拌机搅拌，溶解充分。
将导电炭黑加入到搅拌好的粘结剂中，先慢速搅拌20min，再高速搅拌2h。然后取一半中间相碳微球加入到行星搅拌机，先慢速搅拌20min，再高速搅拌2h，之后加入剩余中间相碳微球，先慢速搅拌20min，再高速搅拌3h。搅拌充分后，消除气泡，测量粘度为3860 mpas，得到负极浆料。
在试验线上按照常规软包装叠片锂离子电池的生产方法，涂布，辊压，模切。然后与磷酸铁锂正极片，隔膜经叠片制成电芯，再经烘烤，注液，搁置，化成，分容等工序制成20Ah磷酸铁锂倍率型电池。
最后对分别取实施例和对比例电池以1C电流充电，10C电流放电做循环测试，循环曲线如图1、图2、图3、图4所示，从图1、图2、图3中可以看出，各实施例电池在循环750周之后，容量保持率仍维持在90%左右，而从图4中可以看出对比例1在循环450周之后，容量保持率就急剧下降，在之后的50周内降到65%以下。所以实施例的测试结果明显优于对比例，说明通过改进负极浆料组成，优化浆料制备方法，得到的电池的高倍率循环性能明显优于采用一般工艺制得的电池。
因此，与现有技术相比，本发明优化了锂离子电池负极浆料的组分，改进了锂离子电池负极浆料的混合搅拌分散工艺，保证了负极浆料涂布的均匀与平整，明显改善了锂离子电池的高倍率循环性能，具有重要的生产实践意义。

Claims (7)

1.一种锂离子电池负极浆料，其特征是，由负极干粉与溶剂的混合物组成，所述负极干粉由负极活性物质、草酸、粘结剂和导电剂组成，各组分质量百分比为：负极活性物质87.7-93.9%，草酸0.1-0.3%，粘结剂3-6%，导电剂3-6%。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料，其特征在于，所述负极浆料的粘度为3000-5000mpas。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑和碳纳米管中的一种或其混合物。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极浆料，其特征在于，所述负极活性物质为中间相碳微球、人造石墨和硬碳的混合物。
6.根据权利要求1或5所述的锂离子电池负极浆料，其特征在于，所述负极活性物质组分质量百分比为：中间相碳微球65-75%，人造石墨10-15%，硬碳10-20%。
7.一种制备权利要求1所述的锂离子电池负极浆料的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
（1）将负极活性物质与导电剂置于球磨机中球磨混合均匀，球磨时间为3-5h；
（2）将粘结剂加入到溶剂中搅拌，充分溶解；
（3）将球磨后的混合物取一半加入搅拌好的粘结剂中，并加入少量草酸，充分搅拌1-2.5h；
（4）将剩余球磨混合物加入粘结剂中，充分搅拌2-3.5h，后放慢搅拌速度以消除气泡；
（5）对得到的浆料进行粘度测试，若粘度在3000-5000mpas，则可以出料，若粘度高于5000mpas，则加入溶剂，继续搅拌，直至粘度符合要求。
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