一种高容量高倍率锂离子电池负极浆料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，更具体地说，涉及一种高容量高倍率锂离子电池负极浆料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是目前广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和能源存储系统等领域的重要能量储存设备。其中，负极材料在电池性能和循环寿命方面起着至关重要的作用。为了提高锂离子电池的能量密度、循环稳定性和充放电速率，研究人员一直致力于开发高容量、高倍率的负极浆料。

现有软包电池的材料体系：钴酸锂+石墨；镍钴锰酸锂+石墨；锰酸锂+石墨等，已不能满足于客户的需求，客户要求高容量高倍率的软包电池越来越多，在这方面限制了软包电池的应用。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种高容量高倍率锂离子电池负极浆料及其制备方法和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高容量高倍率锂离子电池负极浆料及其制备方法和应用，以解决上述的问题。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种高容量高倍率锂离子电池负极浆料，包括由以下按质量百分数计的各组分组成：

硅碳复合材料10.0％～20.0％；

石墨80.0％～90.0％；

水性粘合剂(SBR+PAA)2.0～3.0％；

单臂管0.4～0.8％；

导电剂1～2.0％；

羧甲基纤维素钠1.0～1.5％；

去离子水45～55％。

一种高容量高倍率锂离子电池负极浆料的制备方法，包括以下步骤：

S1：溶胶制备：将羧甲基纤维素钠和去离子水进行溶胶，高速搅拌1-3小时；

S2：添加单臂管和导电剂：将单臂管和导电剂加入上述制备的胶中进行高速搅拌1-2小时；

S3：加入硅碳复合材料：将硅碳复合材料加入上述搅拌好的胶中通过高真空搅拌机进行高速搅拌2-3小时，得出第一混合物；

S4：加入水性粘合剂：将水性粘合剂(SBR+PPA)和上述混合好的第一混合物中加入到预处理设备中，进行慢速搅拌0.5-1小时，得出第二混合物；

S5：调整贴度和筛网过滤：进行贴度调整，并将第二混合物通过120目的筛网进行过滤。

作为本发明的进一步改进，所述S1、S2和S3中搅拌的温度均设置在15°C-35℃内(在开启冷却循环水的状态下进行)，所述S4中搅拌的温度设置在15℃-30℃内(在开启冷却循环水的状态下进行)。

作为本发明的进一步改进，所述S4中预处理设备包括：

反应器和预处理组件，所述反应器底端固定连接有多个均匀分布的支架，所述反应器底端且位于多个支架中间处安装有排出管道，所述排出管道上安装有阀门；所述预处理组件设置有多个，多个所述预处理组件设置在反应器内。

作为本发明的进一步改进，所述反应器上固定连接有固定环，所述固定环顶端安装有轴承，所述轴承顶端固定连接有环形齿环。

作为本发明的进一步改进，所述预处理组件包括固定筒，所述固定筒底端与反应器内壁固定连接，且固定筒上开设有多个均匀分布的流入孔，所述固定筒内转动连接有输料杆，所述输料杆外包围固定连接有第二齿轮，且输料杆顶端固定连接有半齿轮，所述第二齿轮与环形齿环啮合连接。

作为本发明的进一步改进，所述预处理组件还包括多个L形板，所述L形板一端与反应器外端固定连接，其中一个所述L形板上安装有伺服电机，所述伺服电机输出端固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮与环形齿环啮合连接。

作为本发明的进一步改进，所述L形板一端固定连接有伸缩杆，所述伸缩杆一端固定连接有环形齿板，所述环形齿板与半齿轮啮合连接，所述环形齿板外端固定连接有一对相互对称的同步杆，一对所述同步杆相互靠近一端固定连接有活动刷。

作为本发明的进一步改进，所述固定筒一端且位于环形齿板下侧固定连接有过滤板，所述活动刷与过滤板滑动连接。

作为本发明的进一步改进，通过制备方法得到的锂离子电池负极浆料可应用于锂电池上。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本方案通过采用硅碳复合材料+石墨作为负极材料，并配合其他成分如水性粘合剂和单臂管，能够改善电解液与负极材料的相容性，进一步提高电池的性能。电池的放电容量得到有效提高，在加入硅碳复合材料时采用高真空搅拌机，有助于均匀分散硅碳复合材料，提高浆料质量。制备设备采用的反应器和预处理组件结构具有高效率的搅拌和过滤功能。输料杆结构可连续输送混合物进行初步过滤，而活动刷结构进一步去除大颗粒，有利于获得均匀高纯度的产品，改善电解液与负极材料的相容性，降低电池内阻，从而保证电池具有高容量高倍率性能，满足客户对软包电池应用的需求。

附图说明

图1为本发明的一种高容量高倍率锂离子电池负极浆料及其制备方法示意图；

图2为本发明的预处理设备立体结构示意图；

图3为本发明的预处理组件立体结构示意图；

图4为本发明的固定筒立体拆分结构示意图；

图5为本发明的过滤板立体结构示意图。

图中标号说明：

1、反应器；2、预处理组件；11、支架；12、固定环；13、环形齿环；14、伺服电机；15、第一齿轮；21、固定筒；22、输料杆；23、第二齿轮；24、L形板；25、伸缩杆；26、环形齿板；27、半齿轮；28、过滤板；29、同步杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种高容量高倍率锂离子电池负极浆料，包括由以下按质量百分数计的各组分组成：

硅碳复合材料10.0％～20.0％；

石墨80.0％～90.0％；

水性粘合剂(SBR+PAA)2.0～3.0％；

单臂管0.4～0.8％；

导电剂1～2.0％；

羧甲基纤维素钠1.0～1.5％；

去离子水45～55％。

其中，本发明的负极浆料能够改善电解液与负极材料的相容性、提高离子转移速率、降低内阻，有效保证了锂离子电池的放电性能，提高电池的高容量，高倍率的性能，通过811的高镍三元材料和硅氧负极材料用于软包电池上，使得软包电池的容量提升20％-30％，同时也能体现出高倍率。

请参阅图1，一种高容量高倍率锂离子电池负极浆料的制备方法，包括以下步骤：

S1：溶胶制备：将羧甲基纤维素钠和去离子水进行溶胶，高速搅拌1-3小时；

S2：添加单臂管和导电剂：将单臂管和导电剂加入上述制备的胶中进行高速搅拌1-2小时；

S3：加入硅碳复合材料+石墨：将硅碳复合材料+石墨加入上述搅拌好的胶中通过高真空搅拌机进行高速搅拌2-3小时，得出第一混合物；

S4：加入水性粘合剂：将水性粘合剂(SBR+PPA)和上述混合好的第一混合物中加入到预处理设备中，进行慢速搅拌0.5-1小时，得出第二混合物；

S5：调整贴度和筛网过滤：进行贴度调整，并将第二混合物通过120目的筛网进行过滤。

S1、S2和S3中搅拌的温度均设置在15℃-35℃内(在开启冷却循环水的状态下进行)，所述S4中搅拌的温度设置在15℃-30℃内(在开启冷却循环水的状态下进行)。

其中，通过将羧甲基纤维素钠与去离子水混合形成溶胶。使用高速搅拌器，在15℃-35℃的温度下进行搅拌1-3小时，以确保羧甲基纤维素钠充分溶解并均匀分散在水中，将单臂管和导电剂加入先前制备的溶胶中，并进行高速搅拌1-2小时，单臂管和导电剂的加入有助于提高浆料的导电性能，并增强电极材料的导电性，在15℃-35℃的温度下进行搅拌，确保单臂管和导电剂充分分散和均匀分布。

将硅碳复合材料加入上述搅拌好的胶中，并通过高真空搅拌机进行高速搅拌2-3小时。高真空搅拌机的使用有助于将硅碳复合材料均匀地分散在混合物中，并提高浆料的粘度和黏附性，在15℃-35℃的温度下进行搅拌，确保硅碳复合材料与胶混合均匀形成第一混合物，将水性粘合剂PPA加入上述混合好的第一混合物中，并在预处理设备中进行慢速搅拌0.5-1小时。慢速搅拌有助于将水性粘合剂充分混合并与其他成分相互结合，同时对其进行预处理的过滤处理，在15℃-30℃的温度下进行搅拌，确保水性粘合剂与混合物充分融合形成第二混合物。

根据需要调整浆料的贴度黏稠度以适应后续的涂布或喷涂工艺，然后，将第二混合物通过筛网进行过滤，使用筛网的孔径为120目。过滤的目的是去除可能存在的大颗粒物和杂质，确保最终的负极浆料具有较好的纯度和均匀性。

请参阅图2-5，S4中预处理设备包括：

反应器1和预处理组件2，反应器1底端固定连接有多个均匀分布的支架11，反应器1底端且位于多个支架11中间处安装有排出管道，排出管道上安装有阀门；预处理组件2设置有多个，多个预处理组件2设置在反应器1内。

反应器1上固定连接有固定环12，固定环12顶端安装有轴承，轴承顶端固定连接有环形齿环13。

预处理组件2包括固定筒21，固定筒21底端与反应器1内壁固定连接，且固定筒21上开设有多个均匀分布的流入孔，固定筒21内转动连接有输料杆22，输料杆22外包围固定连接有第二齿轮23，且输料杆22顶端固定连接有半齿轮27，第二齿轮23与环形齿环13啮合连接，预处理组件2还包括多个L形板24，L形板24一端与反应器1外端固定连接，其中一个L形板24上安装有伺服电机14，伺服电机14输出端固定连接有第一齿轮15，第一齿轮15与环形齿环13啮合连接。

其中，在将第一混合物与水性粘合剂加入到反应器1内后，则通过启动L形板24上固定连接的伺服电机14，通过伺服电机14的启动同步带动第一齿轮15的转动，通过固定环12上安装的轴承与环形齿环13固定连接，且环形齿环13与第一齿轮15啮合连接，使得通过第一齿轮15的转动同步带动环形齿环13转动，进而同步带动多个第二齿轮23转动，通过第二齿轮23的转动从而能够带动固定筒21内输料杆22同步转动，通过输料杆22的转动能够对反应器1内第一混合物与水性粘合剂产生搅拌的效果，同时通过输料杆22的转动能够将第一混合物和水性粘合剂源源不断的从反应器1底端输送至固定筒21顶端流出，从而能够保证其搅拌的均匀性。

L形板24一端固定连接有伸缩杆25，伸缩杆25一端固定连接有环形齿板26，环形齿板26与半齿轮27啮合连接，环形齿板26外端固定连接有一对相互对称的同步杆29，一对同步杆29相互靠近一端固定连接有活动刷，固定筒21一端且位于环形齿板26下侧固定连接有过滤板28，活动刷与过滤板28滑动连接。

其中，通过第二齿轮23顶端固定连接的半齿轮27与环形齿板26啮合连接，使得通过输料杆22的转动同步带动环形齿板26做往复运动，并通过伸缩杆25与环形齿板26固接使得限定其移动轨迹，保证一定的稳定性，同时通过环形齿板26的往复移动同步带动同步杆29和活动刷同步往复移动，因输料杆22的转动将第一混合物和水性粘合剂源源不断的从反应器1底端输送至固定筒21顶端流出，并落在过滤板28上，通过活动刷与过滤板28滑动连接，从而能够通过活动刷与过滤板28的配合下在实现搅拌充分的同时，能够对其存在的大颗粒物进行预处理的过滤，完成后可通过打开反应器1上安装的排出管道的阀门，收集到第二反应物，从而方便后续通过120目的筛网进行过滤，提高其制备速率。

通过制备方法得到的锂离子电池负极浆料可应用于锂电池上，提高离子转移速率、降低内阻，有效保证了锂离子电池的放电性能，提高电池的高容量，高倍率的性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。