一种快充锂离子电池负极的混料方法

技术领域

本发明属于新能源电池技术领域，具体涉及一种快充锂离子电池负极的混料方法。

背景技术

如今新能源终端产品层出不穷，生产竞争压力大。目前锂电池负极配料常见方法有两种：一种是先将羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和水配置胶液，然后再配置浆料溶液，该方法具有浆料一致性好的优点，但配置时间较长，单位时间产能低，制作成本增加。另一种方法是将干粉材料全部加入，在添加一部分溶剂(去离子水)进行搅拌捏合，最后将剩余溶剂加入配置浆料，该方法具有浆料配置用时短的优点，但浆料一致性差、设备易损坏，具体表现为浆料粘度随时间变化大、浆料沉降时间比较快。

因此缩短软包装锂电池负极浆料的制程时间有利于提高市场竞争力，但由于CMC-Na溶解耗时长已成为共性难题。

公告号为CN106848204B的专利公开了一种锂离子电池负极石墨材料的混料方法，包括以下步骤：(1)将全部石墨粉料加入搅拌机中，抽真空；(2)喷入NMP的水溶液搅拌；(3)加入全部导电胶搅拌；(4)加入配置好的CMC水溶液搅拌；(5)调节粘度至3000—6000mp.s；(6)加入胶黏剂SBR，SBR即丁苯橡胶，采用公转和自转两种方式结合进行中高速搅拌转速控制：公转：15—30rpm，自转100—1000rpm，时间30min；(7)消泡处理，抽真空消泡，真空度在-0.06Mpa—-0.09Mpa之间，即得到分散良好的浆料；该方法通过改变石墨气-固表面状态，提高石墨表面浸润性，从而大幅降低搅拌难度。在进行高比表面积石墨分散时，采用双行星搅拌机进行分散，一般需6-9h，而该方法则需3-5h，故大幅提高设备利用率，降低能耗和降低羧甲基纤维素钠的使用量，但该方法需要使用抽真空设备，并且需要对真空度进行精准控制，增加了控制难度。

公开号为CN112467082A的专利公开了一种锂离子电池负极石墨浆料生产搅拌工艺，包括下列加工步骤：(1)加工导电胶、(2)石墨初步浸润、(3)第一次粘度降低加工、(4)第二次粘度降低加工、(5)均化浆料、(6)在均化浆料中加入丁苯橡胶搅拌20-40min，设备所需公转25-35RPM、自转700-900RPM，得到粘度、固含量均符合工艺要求的浆料；(7)消泡加工。该发明提供的搅拌工艺可以减短搅拌时间提升搅拌生产效率，同时所制备的负极浆料粘度48H内变化＜1000mpa.s；固含量48H内变化小于0.2％；所制备浆料生产电芯循环满足循环800周循环保持率大于80％。但该方法步骤多且需要对公转和自转速度进行精准控制，不利于批量化生产，制作时间最短为300min。

通过现有技术可知，开发一种简单易行、制作时间短、控制要求低的浆料混料方法具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种快充锂离子电池负极的混料方法。

具体是通过以下技术方案来实现的：

一种快充锂离子电池负极的混料方法，包括如下步骤：

①按单缸配料量计取30％-50％的石墨、CMC-Na和导电剂混合后，进行慢搅分散，搅拌时间60-90min，得混合料A；

②混合完成后，向混合料A中加入水性粘合剂，经搅拌使混合料A与水性粘合剂捏和，搅拌时间30-60min，得混合料B；

③按单缸配料量计将剩余石墨加入混合料B中，搅拌时间120-180min，分散后得混合料C；

④向混合料C中加入脱泡剂、去离子水和N-甲基吡咯烷酮，分散降温30-60min后得到快充锂离子电池的负极浆料。

所述单缸配料量按重量百分数计由如下物料组成：CMC-Na1.2-1.8％，导电剂1.2-2.5％，余量为石墨。

所述导电剂为Super.p、炭黑、科琴黑、乙炔黑中任一种。

所述慢搅的转速为500-1000转/min。

所述水性粘合剂由LA系列和水配制成6.0-15.1％的质量浓度溶液；其用量占混合料B质量的1.5-4.5％。

所述脱泡剂为正丁醇。

在步骤④中，所述脱泡剂用量为混合料C质量的0.2-0.8％，所述去离子水用量为混合料C质量的45-55％，所述NMP用量为混合料C质量的1-5％。

所述分散降温是通过搅拌设备外部冷却的循环水进行浆料的降温和散热。

有益效果：

本发明采用半干法配料工艺，有效缩短了混料时间，从而有助于缩短锂电池的制作周期，还保证了浆料的分散均匀度和稳定性(如表1所示)，同时对混料设备起到了减阻防护作用，降低了设备损伤及故障。

表1成品浆料随时间的变化表

注：测量设备(数显粘度计)

1、本发明分批加入石墨，一方面能够使多种材料在短时间能混合地更均匀，有利于缩短混粉时间，另一方面干粉状态下阻力大，减少石墨的投入量，有利于保护设备的工作负荷，再一方面材料在未制成浆料液体前，设备的升降会导致一部分材料散落，导致材料配方发生变化，因此能够降低石墨损失。

2、本发明考虑到材料在捏合及浆料配置过程中，温度偏高(25-45℃)会蒸发部分溶剂，因此在最后加入NMP即可防止NMP被蒸发，从而降低原料成本。

3、本发明所得浆料过筛速度快(用双层200目的筛网负压下除满100L的转运罐时间≤5min)、沉降低(24小时浆料粘度变化≤1000mpa.s，固含量变化≤1％)、流动性优(用量杯取浆料，从60-80cm高度匀速倾斜，浆料连成一条线，中间无团料、无断开)。

4、采用本发明方法制备的浆料生产电芯的倍率循环性能和倍率性能优异，一方面能够在3倍率充电5倍率放电以及4倍率充电6倍率放电，另一方面循环500周后电容量保持率大于80％。

附图说明

图1为本发明的半干法工艺与常规工艺制备的负极在5C倍率下的放电曲线图；

图2为本发明的半干法工艺与常规工艺制备的负极在3C充电/5C放电条件下的循环性能图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1

一种快充锂离子电池负极的混料方法(半干法)，包括如下步骤：

①按单缸配料量计取石墨总质量的30％与CMC-Na和Super.p混合后，在500转/min的转速条件下搅拌60min，得混合料A；

②混合完成后，向混合料A中加入水性粘合剂，经搅拌使混合料A与水性粘合剂捏和，搅拌时间30min，得混合料B；所述水性粘合剂用量占混合料B质量的3.2％；

③按单缸配料量计将剩余石墨加入混合料B中，搅拌时间120min，分散后得混合料C；

④向混合料C中加入占混合料C质量0.2％的正丁醇、混合料C质量45％的去离子水和混合料C质量1％的N-甲基吡咯烷酮，分散降温30min，后得到快充锂离子电池的负极浆料。

所述单缸配料量按重量百分数计由如下物料组成：CMC-Na1.2％，Super.p1.2％，余量为石墨；

所述水性粘合剂由LA系列和水配制成13.5％的质量浓度溶液。

常规工艺

按单缸配料量计取CMC-Na，Super.p、石墨后，将三者全部加入，先添加一部分去离子水进行搅拌捏合，最后将剩余溶剂加入配置浆料；所述单缸配料量按重量百分数计由如下物料组成：CMC-Na1.2％，Super.p2.0％，余量为石墨。

同时，本发明人将实施例1的半干法和常规工艺制作的负极浆料进行粘度检测，结果如表1所示；由表1可知，常规工艺的负极浆料粘度变化较大，浆料一致性远远不如实施例1的。

同时将实施例1半干法和常规工艺的负极浆料，制成负极片后，装配成电池后进行电化学性能检测，结果如图1和图2所示。

图1为本发明的半干法工艺与常规工艺制备的负极在5C倍率下的放电曲线图；由图1可知：常规工艺的负极浆料的倍率性能不如本发明优异。

图2为本发明的半干法工艺与常规工艺制备的负极在3C充电/5C放电条件下的循环性能图；由图2可知：常规工艺的负极浆料无法循环500圈。

实施例2

一种快充锂离子电池负极的混料方法，包括如下步骤：

①按单缸配料量计取石墨总质量的50％与CMC-Na和炭黑混合后，在1000转/min的转速条件下搅拌90min，得混合料A；

②混合完成后，向混合料A中加入水性粘合剂，经搅拌使混合料A与水性粘合剂捏和，搅拌时间60min，得混合料B；所述水性粘合剂用量占混合料B质量的1.5％；

③按单缸配料量计将剩余石墨加入混合料B中，搅拌时间180min，分散后得混合料C；

④向混合料C中加入占混合料C质量0.3％的正丁醇、混合料C质量55％的去离子水和混合料C质量5％的N-甲基吡咯烷酮，分散降温60min，后得到快充锂离子电池的负极浆料。

所述单缸配料量按重量百分数计由如下物料组成：CMC-Na1.8％，炭黑2.5％，余量为石墨；

所述水性粘合剂由LA系列和水配制成15.1％的质量浓度溶液。

实施例3

一种快充锂离子电池负极的混料方法，包括如下步骤：

①按单缸配料量计取石墨总质量的40％与CMC-Na和科琴黑混合后，在700转/min的转速条件下搅拌75min，得混合料A；

②混合完成后，向混合料A中加入水性粘合剂，经搅拌使混合料A与水性粘合剂捏和，搅拌时间45min，得混合料B；所述水性粘合剂用量占混合料B质量的3.5％；

③按单缸配料量计将剩余石墨加入混合料B中，搅拌时间150min，分散后得混合料C；

④向混合料C中加入混合料C质量0.5％的正丁醇、混合料C质量50％的去离子水和混合料C质量1.2％的N-甲基吡咯烷酮，分散降温45min，后得到快充锂离子电池的负极浆料。

所述单缸配料量按重量百分数计由如下物料组成：CMC-Na1.5％，科琴黑2.0％，余量为石墨；

所述水性粘合剂由LA系列和水配制成14.0％的溶液。

实施例4

一种快充锂离子电池负极的混料方法，包括如下步骤：

①按单缸配料量计取石墨总质量的50％与CMC-Na和乙炔黑混合后，在600转/min的转速条件下搅拌70min，得混合料A；

②混合完成后，向混合料A中加入水性粘合剂，经搅拌使混合料A与水性粘合剂捏和，搅拌时间35min，得混合料B；所述水性粘合剂用量占混合料B质量的4.5％；

③按单缸配料量计将剩余石墨加入混合料B中，搅拌时间130min，分散后得混合料C；

④向混合料C中加入混合料C质量0.7％的正丁醇、混合料C质量45％的去离子水和混合料C质量4％的N-甲基吡咯烷酮，分散降温40min，后得到快充锂离子电池的负极浆料。

所述单缸配料量按重量百分数计由如下物料组成：CMC-Na1.7％，乙炔黑1.3％，余量为石墨；

所述水性粘合剂由LA系列和水配制成14.5％的质量浓度溶液。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。