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CN105633409A - 一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法 - Google Patents

一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，包括如下步骤：S1、称取钛酸锂粉料、石墨粉料、粘结剂、溶剂、导电剂、分散剂；S2、将粘结剂加入溶剂中搅拌；S3、将导电剂加入S2所制备的溶液中搅拌；S4、将分散剂加入S3所制备的浆料中搅拌；S5、将钛酸锂粉料加入S4所制备的浆料中搅拌；S6、将石墨粉料加入S4所制备的浆料中搅拌，得到钛酸锂与石墨的混合负极材料；S7、将S6制备的混合负极材料使用溶剂调到1000-3000CP，粘度的钛酸锂与石墨的混合负极材料。本发明先加入分散剂，然后进行高速分散，能使钛酸锂和石墨材料均匀的分散并且保持一种稳定的分散状态，可以长时间搁置，体系稳定存在，在短时间内不会沉降、不会自行二次团聚。

Description

一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法
技术领域
本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说，是涉及一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法。
背景技术
目前，已经商业化使用的锂离子电池常用负极材料为石墨材料和钛酸锂两种。石墨有克容量高、加工制成工艺简单等优势，但由于石墨是层状结构，也有着低温性能差、与电解液相容性不佳、易析锂、循环性能不良等缺陷。石墨难以在低温下使用，更无法满足在低温下充电的性能要求。因此，需掺杂钛酸锂予以改进。
尖晶石型钛酸锂是一种零应变材料，具有优异的循环性能，同时相对于Li+/Li较高的电位，在充放电过程中不存在金属锂的析出问题，橄榄石结构也决定了其有良好的低温性能，尤其是具备低温充电能力，并且具有较高恒流比等性能优势。其性能优势使钛酸锂广泛应用于电动工具、HEV、EV等领域。由石墨材料掺杂钛酸锂作为负极制成的锂离子电池有着石墨或钛酸锂单独做负极时所不具备的性能优势。如：充放电时分别具有两个平台，良好的低温性能且同时不会造成电池过充过放析锂现象。
但尖晶石钛酸锂材料由于其本身导电性不佳，因而需制成纳米级材料及进行表面修饰以提高其导电性能，然后小粒径材料具有较大的比表面积，严重增加了其制浆时的加工难度，加之与粒径较大的石墨负极材料混合，钛酸锂颗粒更易于在石墨颗粒表面和周围团聚，造成了浆料颗粒问题。加之本身较大的比表面积致使其具有较高的比表面能，造成水系配料时，其与集流体的亲和性不佳，粘结效果不好。加之浆料的颗粒更易导致极片掉粉，影响了后续成品电芯的循环、倍率性能。浆料的均匀性及质量的好坏决定了电池后续的综合性能。
解决纳米粒子的分散，现有的方法常用物理机械搅拌，如高速分散机、高能球磨等得到稳定分散的材料，利用高速分散机在很高的转速下形成的剪切力作用于分散在介质中的超细粉体，将团聚的大颗粒分散成原始粒子或小的团聚体，使超细粒子均匀分散在浆料中。高速分散机的分散强度取决于高速分散机转盘线速度，与分散时间长短无明显关系。该方法使浆料中大颗粒以及团聚体在机械力作用下强制分散，消除有可能出现的粘稠物、块状物、颗粒等，避免形成带有强连接界面的较大团聚体。
然而仅通过该处理的浆料仍不够稳定，放置一段时间往往再次发生团聚，形成颗粒物。并且使用上述单一的分散方法，往往难以制备均匀稳定的钛酸锂与石墨粉复合浆料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，解决现有采取单一的物理机械搅拌所制备得到的钛酸锂与石墨混合负极浆料难以长时间搁置，其体系不能稳定存在，分撒好的浆料会在短时间内自行二次团聚，浆料的均匀性难以得到保障的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，包括如下步骤：
S1、称取钛酸锂粉料、石墨粉料、粘结剂、溶剂、导电剂、分散剂；
S2、将粘结剂加入溶剂中搅拌；
S3、将导电剂加入S2所制备的溶液中搅拌；
S4、将分散剂加入S3所制备的浆料中搅拌；
S5、将钛酸锂粉料加入S4所制备的浆料中搅拌；
S6、将石墨粉料加入S5所制备的浆料中搅拌，得到钛酸锂与石墨的混合负极材料；
S7、将S6制备的混合负极材料使用溶剂调到1000-3000CP，粘度的钛酸锂与石墨的混合负极材料。
先加入分散剂，然后进行高速分散，能使钛酸锂和石墨材料均匀分散并且保持一种稳定的分散状态。
具体地，所述分散剂为碳原子为2-10的有机醇类，包括乙醇、异丙醇、聚乙二醇中的一种或多种。所述分散剂的质量为钛酸锂粉料和石墨粉料总质量的0.5％-8％。
进一步地，所述钛酸锂粉料为超纳米钛酸锂粉料。所述粘结剂为LA133，溶剂为水。
为了保证搅拌均匀，所述S2中，搅拌时间为1-2h；
所述S3中，搅拌时间为2-3h；
所述S4中，搅拌时间为20-30min；
所述S5中，搅拌时间为1-2h，搅拌速度为3000-5000r/min；
所述S6中，搅拌时间为4-5h，搅拌速度为3000-5000r/min。
本发明的有益效果为：
本发明涉及到一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆工艺，通过高速分散及使用分散剂，将钛酸锂与石墨材料混合搅拌，制备出锂离子电池的负极浆料。高速分散通过高速旋转的转子产生高切线速度和高频机械效应，使物料快速分散均匀，使团聚体在强剪切力作用下解团，然而不能消除颗粒之间的吸附力，有可能再次团聚；加入分散剂后，促使物料颗粒均匀分散于介质中，形成稳定悬浮体系。先加入分散剂，然后进行高速分散，能使钛酸锂和石墨材料均匀的分散并且保持一种稳定的分散状态。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，包括如下步骤：
第一步：称取钛酸锂粉料、石墨粉料、导电剂、粘结剂、溶剂、分散剂。
在本实施例中，钛酸锂粉料为超纳米钛酸锂粉料，粘结剂为LA133，溶剂为水，分散剂为碳原子为2-10的有机醇类，本实施例为异丙醇，分散剂的质量为钛酸锂粉料和石墨粉料总质量的0.5％-8％。
第二步：将粘结剂LA133与溶剂水在搅拌机中搅拌1-2h。
第三步：将导电剂加入第二步所制备的溶液中，搅拌2-3h。
第四步：将分散剂异丙醇加入第三步所制备的浆料中，搅拌20-30min，所述S5中，搅拌时间为1-2h。
第五步：将纳米钛酸锂粉料加入第四步所制备的浆料中，高速搅拌1-2h，搅拌速度为3000-5000r/min。
第六步：将石墨粉料加入第五步中所制备的浆料中，高速搅拌4-5h，搅拌速度为3000-5000r/min。
第七步：将第六步所制备的浆料用溶剂调到1000-3000CP的纳米钛酸锂与石墨的混合负极浆料。
第一步中，根据负极所需性能，石墨粉料与钛酸锂粉料调节质量比范围为99:1～1:99，适用于石墨与钛酸锂的任何配比。
本发明将物理机械搅拌分散法与化学分散剂分散法相结合使用，即先对浆料进行化学分散，在溶液中加入一种或多种分散剂，降低溶剂的表面张力，使颗粒能够均匀的分散，并保持相对稳定的体系，然后物理分散，能得到均匀稳定的钛酸锂与石墨复合浆料。
本发明的原理为：
高速物理分散时，钛酸锂颗粒、石墨颗粒等之间有较高的剪切力，同时受到较大的挤压力、摩擦力等作用，使浆料均匀分散。水系悬浮液中粒子的稳定性主要取决于粒子之间的范德华力与静电排斥力的相互作用。粒子之间的互相排斥的作用力越大，越有利于粒子的分散稳定。
而化学分散剂分散方法，即向母液(第三步所制备的浆料)中加入一定量的分散剂异丙醇，醇类易于在钛酸锂表面建立较强的氢键，这种氢键作用使得异丙醇容易吸附于钛酸锂表面形成一层分子膜，包围了钛酸锂颗粒，当其它点的钛酸锂颗粒或石墨颗粒相互接近时，静电斥力起到了分散作用。
制备好的混合负极浆料，可以长时间搁置，体系稳定存在，在短时间内不会沉降、不会自行二次团聚，分散均匀。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、称取钛酸锂粉料、石墨粉料、粘结剂、溶剂、导电剂、分散剂；
S2、将粘结剂加入溶剂中搅拌；
S3、将导电剂加入S2所制备的溶液中搅拌；
S4、将分散剂加入S3所制备的浆料中搅拌；
S5、将钛酸锂粉料加入S4所制备的浆料中搅拌；
S6、将石墨粉料加入S5所制备的浆料中搅拌，得到钛酸锂与石墨的混合负极材料；
S7、将S6制备的混合负极材料使用溶剂调到1000-3000CP的钛酸锂与石墨的混合负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，其特征在于，所述分散剂为碳原子为2-10的有机醇类，包括乙醇、异丙醇、聚乙二醇中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，其特征在于，所述分散剂的质量为钛酸锂粉料和石墨粉料总质量的0.5％-8％。
4.根据权利要求3所述的一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，其特征在于，所述钛酸锂粉料为超纳米钛酸锂粉料。
5.根据权利要求4所述的一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，其特征在于，所述粘结剂为LA133，溶剂为水。
6.根据权利要求1所述的一种钛酸锂与石墨材料负极混粉制浆方法，其特征在于，所述S2中，搅拌时间为1-2h；
所述S3中，搅拌时间为2-3h；
所述S4中，搅拌时间为20-30min；
所述S5中，搅拌时间为1-2h，搅拌速度为3000-5000r/min；
所述S6中，搅拌时间为4-5h，搅拌速度为3000-5000r/min。
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Granted publication date: 20180615