测量阳极浆料的性质的方法

技术领域

本申请要求在2021年4月26日递交的韩国专利申请第10-2021-0053607号的优先权权益，其全部公开内容通过引用并入本文中。

本发明涉及一种测量阳极浆料的物理性质的方法，且具体而言，涉及一种能够评价经混炼的阳极浆料中的导电材料、活性材料、和CMC(羧甲基纤维素，carboxy methylcellulose)之间的吸附程度的测量阳极浆料的物理性质的方法。

背景技术

在二次电池中，负极可通过混合(mixing)活性材料、导电材料、粘合剂、和增稠剂以生产阳极浆料、将所得的阳极浆料施加至集电器、以及压制(pressing)、静置(sitting)、和干燥(drying)涂布有该阳极浆料的集电器来制备。

为了改善电池性能和电极生产率，有必要改善阳极浆料(anode slurry)的固体含量。然而，随着阳极浆料的固体含量增加，分散变得更加困难。

由于CMC(羧甲基纤维素，carboxy methyl cellulose)在分散阳极浆料时充当分散剂和增稠剂，因而活性材料、导电材料、和CMC之间的分散程度可影响最终浆料的物理性质。

因此，需要一种用于在制备阳极浆料期间改善阳极浆料的可分散性的评价阳极浆料的物理性质的方法。

发明内容

技术问题

本发明的发明目的在于提供一种测量阳极浆料的物理性质的方法，且具体而言，提供一种能够评价经混炼的阳极浆料中的导电材料、活性材料、和CMC(羧甲基纤维素，carboxy methyl cellulose)之间的吸附程度的测量阳极浆料的物理性质的方法。

本发明要解决的技术问题不限于以上提及的技术问题，并且其他未提及的技术问题将为本发明所属技术领域中普通技能者从以下描述得到清楚的理解。

技术方案

本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可包括：

(S1)制备经混炼(kneading)的包含作为增稠剂的CMC(羧甲基纤维素，carboxymethyl cellulose)的阳极浆料；

(S2)将测量棒的一端插入经混炼的所述阳极浆料中并测量插入经混炼的所述阳极浆料中的测量棒的插入长度和对应所述插入长度的负载值；和

(S3)将对应步骤S2中测量的插入长度的负载值进行积分以计算混炼能(kneadingenergy)。

有益效果

本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可测量混炼状态的阳极浆料的物理性质、评价导电材料、活性材料、和CMC之间的吸附程度、并最终改善阳极浆料的可分散性。

本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可通过测量与阳极浆料的可分散性有关的阳极浆料的物理性质来改善阳极浆料的可分散性并改善由降低的可分散性导致的电极涂布问题和电极表面缺陷率。

附图说明

图1是图解根据本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法的方框图。

图2是示出步骤S1的方框图。

图3是示出混炼状态的阳极浆料的照片。

图4是示出步骤S2的方框图。

图5是图解步骤S2中的测量系统的概念图。

图6是示出步骤S2中的测量棒的透视图。

图7是示出步骤S2中的测量棒的其他实施方式的透视图。

图8是负载相对于插入长度的曲线图。

具体实施方式

本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可包括：

(S1)制备经混炼(kneading)的包含作为增稠剂的CMC(羧甲基纤维素，carboxymethyl cellulose)的阳极浆料；

(S2)将测量棒的一端插入经混炼的所述阳极浆料中并测量插入经混炼的所述阳极浆料中的测量棒的插入长度和对应所述插入长度的负载值；和

(S3)将对应步骤S2中测量的插入长度的负载值进行积分以计算混炼能(kneadingenergy)。

在本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法中，所述步骤S1可包括：

(S1-1)制备包括阳极活性材料、导电材料、CMC、粘合剂、和溶剂的初级浆料；和

(S1-2)搅拌所述初级浆料以制备经混炼的阳极浆料。

在本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法的步骤S1-1中，所述CMC可以基于100重量份的所述阳极活性材料的0.5重量份至2重量份的量存在。

在本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法中，所述步骤S2可包括：

(S2-1)制备所述阳极浆料以具有设定的标准；

(S2-2)将所述阳极浆料安装在测量仪器上；

(S2-3)将测量棒的一端插入经混炼的所述阳极浆料中；和

(S2-4)收集对应插入所述阳极浆料中的所述测量棒的插入长度的负载值。

在本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法的步骤S2-1中，所述阳极浆料可以圆柱形杆的形式进行制备，并且所述圆柱形杆的设定的标准可具有2cm至2.5cm的直径和4cm至5cm的高度。

在本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法的步骤S2-3中，所述测量棒可由不锈钢形成。

在本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法的步骤S2-3中，所述测量棒可在所述测量棒的纵向方向上移动以插入所述阳极浆料中，并且所述测量棒可以0.5mm/s至2mm/s的速度插入所述阳极浆料中。

在本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法的步骤S2-3中，所述测量棒的所述一端可形成为包括相对于所述测量棒的纵向方向的倾斜表面。

实施本发明的模式

在下文中，将参照随附的附图详细地描述根据本发明的实施方式。在这一过程中，附图中示出的部件的尺寸或性质可出于描述的清楚和便利而看似进行夸大。除此之外，考虑到本发明的配置和操作而具体定义的术语可取决于使用者或操作者的意图或实践而改变。这些术语的定义应当基于说明书通篇中的内容而做出。

图1是图解根据本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法的方框图。图2是示出步骤S1的方框图。图3是示出混炼状态的阳极浆料的照片。图4是示出步骤S2的方框图。图5是图解步骤S2中的测量系统的概念图。图6是示出步骤S2中的测量棒的透视图。图7是示出步骤S2中的测量棒的另一实施方式的透视图。图8是负载相对于插入长度的曲线图。

在下文中，将参照图1至图8详细地描述本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法。

本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可通过测量经混炼的阳极浆料的物理状态而实现用于评价导电材料、活性材料、和CMC之间的吸附程度的数据并最终获得用于改善阳极浆料的可分散性的数据。

本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可通过获得作为与阳极浆料的可分散性有关的阳极浆料的物理性质的混炼能来改善阳极浆料的可分散性并改善由降低的可分散性导致的电极涂布问题和电极表面缺陷率。

如图1中所示，本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可包括以下步骤：

(S1)制备经混炼(kneading)的包含作为增稠剂的CMC(羧甲基纤维素，carboxymethyl cellulose)的阳极浆料；

(S2)将测量棒的一端插入经混炼的所述阳极浆料中并测量插入经混炼的所述阳极浆料中的测量棒的插入长度和对应所述插入长度的负载值；和

(S3)将对应步骤S2中测量的插入长度的负载值进行积分以计算混炼能(kneadingenergy)。

由于CMC在分散阳极浆料时充当分散剂和增稠剂，因而活性材料、导电材料、和CMC之间的分散程度可影响最终阳极浆料的物理性质。本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可通过测量阳极浆料的物理性质来评价阳极浆料的分散特性。

如图2中所示，本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法的步骤S1包括：

(S1-1)制备包括阳极活性材料、导电材料、CMC、粘合剂、和溶剂的初级浆料；和

(S1-2)搅拌所述初级浆料以制备经混炼的阳极浆料。

在步骤S1-1中，阳极活性材料可以是锂金属、碳材料、金属化合物、或者其混合物，在其中锂离子可被吸留和释放。

具体而言，作为碳材料，可使用低结晶碳和高结晶碳两者。低结晶碳包括软碳(soft carbon)和硬碳(hard carbon)，而高结晶碳包括天然石墨、Kish石墨(Kishgraphite)、热解炭(pyrolytic carbon)、中间相沥青基碳纤维(mesophase pitchbased carbon fiber)、中间相碳微球(meso-carbon microbeads)、中间相沥青(Mesophasepitches)、和诸如石油或煤焦油沥青衍生的焦炭(petroleum or coal tar pitch derivedcokes)之类的高温煅烧碳。

金属化合物包括含有诸如Si、Ge、Sn、Pb、P、Sb、Bi、Al、Ga、In、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Mg、Sr、和Ba之类的金属元素中的至少一者的化合物。这些金属化合物可以诸如单质、合金、氧化物(TiO

在步骤S1-1中，导电材料没有特别的限制，只要其具有导电性且不在电池中引起化学变化即可。其包括，例如，独立选自下述群组中的一者或多者：诸如天然石墨和人工石墨之类的石墨；诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、和夏黑之类的炭黑；诸如碳纤维和金属纤维之类的导电纤维；诸如氟化碳、铝、和镍粉之类的金属粉末；诸如氧化锌和钛酸钾之类的导电晶须；诸如钛氧化物之类的导电氧化物；聚苯撑衍生物碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)和石墨烯(Graphene)碳衍生物。优选的是使用炭黑。

在步骤S1-1中，粘合剂可包括，例如，选自由丁苯橡胶(Styrene ButadieneRubber,SBR)、丁腈橡胶(acrylonitrile-butadiene rubber)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶(acrylonitrile-butadiene-styrene rubber)、丙烯酸共聚物(acrylic copolymer)、PEI(聚乙撑酰亚胺)、PVA(聚乙烯醇)、PEO(聚环氧乙烷)、聚丙烯酸(poly acrylic acid)、和在其中氢用Li、Na、或Ca等取代的聚合物构成的群组中的一者或多者，并且优选地，可使用丁苯橡胶(Styrene Butadiene Rubber,SBR)。水基粘合剂可具有200,000至700,000、优选300,000至400,000的重均分子量。具有以上分子量范围的粘合剂具有优异的粘结性质和合适的粘度，这对于制备具有均匀分布的固体含量的浆料有利且最终有助于确保优异的电池性能。

在步骤S1-1中，CMC可以基于100重量份的阳极活性材料的0.1重量份至5重量份的量存在。例如，阳极活性材料、导电材料、粘合剂、和增稠剂的混合物可包含92重量份至99重量份的阳极活性材料、0.5重量份至2重量份的导电材料、0.5重量份至4重量份的水基粘合剂、和0.5重量份至2重量份的CMC。

在步骤S2-1中，阳极浆料可以40rpm至80rpm混炼30分钟。例如，阳极浆料可通过用由PRIMIX制造的TK混合器搅拌初级浆料来获得。如图3中所示，当步骤S2-1完成时，阳极浆料可以圆柱形杆的形式形成。在图3中，阳极浆料以两杆的形式形成。

如图4中所示，在本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法中，所述步骤S2可包括：

(S2-1)制备所述阳极浆料以具有设定的标准；

(S2-2)将所述阳极浆料安装在测量仪器上；

(S2-3)将测量棒的一端插入经混炼的所述阳极浆料中；和

(S2-4)收集对应插入所述阳极浆料中的所述测量棒的插入长度的负载值。

在步骤S2-1中，阳极浆料可以圆柱形杆的形式进行制备，并且圆柱形杆的设定的标准可具有2cm至2.5cm的直径和4cm至5cm的高度。阳极浆料的设定的标准可在阳极浆料的量或形状不影响测量的范围内进行选择。

如图5中所示，在步骤S2-2中，测量仪器可包括插入阳极浆料中的测量棒13、和用于支撑阳极浆料的支撑件。例如，测量仪器可以是TA(Texture Analyzer)。支撑件可包括作为垂直于测量棒13的纵向方向(z轴方向)的平面的安装表面，并且阳极浆料可安装在安装表面上。

在步骤S2-3中，测量棒13可由不锈钢形成。测量棒13的材料可考虑刚性和化学抗性来决定。

如图5中所示，在步骤S2-3中，测量棒13可沿着测量棒13的纵向方向移动并插入阳极浆料中，并且测量棒13可以0.5mm/s至2mm/s的速度插入阳极浆料中。测量棒13的插入速度可考虑测量装置和样品之间的分辨率(resolution)来决定。例如，测量棒13的插入速度可以是1mm/s。

在步骤S2-3中，测量棒13的垂直于测量棒13的纵向方向的截面的面积可以是1mm

如图6和图7中所示，测量棒13的一端可形成为包括相对于测量棒13的纵向方向的倾斜表面。具体而言，测量棒的一端13a可以三棱锥、四棱锥、多棱锥、半球、圆锥、或类似者的形式形成。从测量棒的一端13a最突出的部分可位于测量棒13的垂直于测量棒13的纵向方向的截面中的中心处。通过以以上形状提供测量棒的一端13a，测量棒13可在插入具有相对高粘度的阳极浆料时没有偏差地插入合适的位置中。

在步骤S2-4中，可测量按照测量棒的插入长度而变化的施加至测量棒或阳极浆料的负载值。负载值可作为对应从测量棒插入开始到结束的每个插入长度的值来获得。相应地，如图8中所示，步骤S2-4中获得的值可作为插入长度－负载值的二维曲线图来获得。即，在步骤S2-4中，可获得在其中插入长度是自变量而负载值是因变量的函数。

在步骤S3中，混炼能值可通过将步骤S2-4中获得的负载值与插入长度进行积分来获得。在步骤S3中，积分范围可从当测量的负载值变为0或更大时的插入长度值至当负载值变为最大值时的插入长度值。

混炼能可具有活性材料、导电材料、和CMC之间的分散程度与过滤性质之间的关系。因此，可以确定的是，混炼能越大，阳极浆料的分散越好。过滤性质可与是否通过滤除特定尺寸颗粒的过滤器有关。

制备人工石墨阳极活性材料。然后，制备作为导电材料的CNT、作为增稠剂的羧甲基纤维素(CMC，分子量1,200,000)、和作为粘合剂的丁苯橡胶(SBR)，并且阳极活性材料、导电材料、CMC、和粘合剂以96.1：0.5：1.1：2.3的重量比进行混合并与作为溶剂的水混合以制备初级浆料。

初级浆料包括第一初级浆料和第二初级浆料，其中第一初级浆料包括导电材料、CMC、阳极活性材料、和水，而第二初级浆料包括CMC、水、和粘合剂。第一初级浆料和第二初级浆料中的CMC以66.1：33.9的重量比分布。

将初级浆料用TK混合器以60rpm搅拌30分钟。首先搅拌第一初级浆料，然后在搅拌同时加入第二初级浆料。

将5mm×5mm×100mm的测量棒以1mm/s的速度插入制备的阳极浆料中以测量插入长度和负载值。

在实施例1中，混炼能计算为187.9mJ。

在实施例2中，执行与实施例1中相同的程序，不同之处在于：第一初级浆料和第二初级浆料中的CMC以60.9：39.1的重量比分布。

在实施例2中，混炼能计算为253.7mJ。

[表1]

在实施例1的阳极浆料和实施例2的阳极浆料中，混炼能各自计算为187.9mJ和253.7mJ。据发现，具有更大的混炼能的实施例2的阳极浆料由于其通过Cobetter RK(150μm)过滤器而更好地分散。Cobetter RK(150μm)过滤器滤除可在电极生产中导致缺陷的尺寸为150μm或更大的聚集颗粒。通过计算混炼能，可预先筛选与实施例1中的阳极浆料相同的阳极浆料。

尽管以上已描述了根据本发明的实施方式，但这些仅为示例性的，并且本领域中普通技能者将理解从其开始的实施方式的各种改进和等价范围是可行的。相应地，本发明的真实技术保护范围应当由下述权利要求来限定。

工业实用性

本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可测量混炼状态的阳极浆料的物理性质、评价导电材料、活性材料、和CMC之间的吸附程度、并最终改善阳极浆料的可分散性。

本发明的测量阳极浆料的物理性质的方法可通过测量与阳极浆料的可分散性有关的阳极浆料的物理性质来改善阳极浆料的可分散性并改善由降低的可分散性导致的电极涂布问题和电极表面缺陷率。