CN112736223A - 一种低膨胀负极极片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低膨胀负极极片的制备方法，包含如下步骤：（1）制成混合粉体；（2）制成导电胶液；（3）将导电胶液加入混合粉体中，低速搅拌充分浸润后制得混合体；（4）将高强度水溶性粘结剂A的一部分或全部加入到混合体中，制得混合浆料；（5）将剩下的高强度水溶性粘结剂A与高粘接性水溶性粘结剂B一起加入到混合浆料中，制得负极浆料；（6）将步骤（5）制得的负极浆料，使用转移式涂布机涂覆于负极集流体上，并经过碾压，得到最终极片。本发明的制备方法巧妙，使用了高强度粘结剂与高粘接性粘结剂搭配的混合粘结剂体系，并且通过控制混合粘结剂体系的添加顺序，最终达到了对负极极片在颗粒膨胀与极片膨胀两个维度进行了膨胀抑制。

Description

一种低膨胀负极极片的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池生产领域，特别是涉及一种低膨胀负极极片的制备方法。
背景技术
随着日益增长的锂电池需求，对于锂离子电池高能量密度的追求，使大家的目光开始集中于高镍三元材料与硅材料体系。然而硅材料由于充放电时会发生300%以上的体积变化，这种体积变化会造成极片完整性的破坏，从而带来锂离子电池电化学性能与安全性能的大幅衰减。
考虑到负极极片的破坏主要由硅材料颗粒的膨胀所导致的，因此，为解决这一缺陷，本专利主要从极片配方与制备方法上进行优化。对比目前常规使用的炭黑、CMC与SBR混合粘结剂体系配方，首先，本方案在配方上使用线状单壁碳纳米管导电剂与高强度粘接剂，使硅材料在体积膨胀时收到束缚从而降低膨胀；其次，使用高粘接性粘接剂与高强度粘接剂复配，在极片厚度膨胀时具有较强的回弹力与粘合力，是硅材料在发生膨胀时能更好的保持极片结构的完整性；最后，通过极片制备流程的优化，是高强度粘结剂与高粘接性粘结剂更合理的分布，更好的发挥其束缚与粘接作用，从而保证锂离子电池的性能不发生明显衰减。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种低膨胀负极极片的制备方法，旨在通过一种新的极片配方与制备方式，从而解决目前硅负极材料在锂离子电池中的膨胀问题。
为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种低膨胀负极极片的制备方法,包含如下步骤：
（1）将硅负极粉体与导电炭黑按一定比例进行物理混合，制成混合粉体；
（2）将溶解完成的增稠剂溶液加入到单壁碳纳米管浆料中，制成导电胶液；
（3）将步骤（2）中制得的导电胶液加入到步骤（1）中制得的混合粉体中，低速搅拌充分浸润后制得混合体；
（4）将高强度水溶性粘结剂A的一部分或全部加入到混合体中，进行高速分散，制得混合浆料；
（5）将剩下的高强度水溶性粘结剂A与高粘接性水溶性粘结剂B一起加入到步骤（4）制得的混合浆料中，充分混合均匀，加入纯水，调节粘度至4000-8000mPa.s，制得负极浆料；
（6）将步骤（5）制得的负极浆料，涂覆于负极集流体上，并经过碾压，得到最终极片。
作为优选，步骤（1）中，其中硅负极粉体比例为95%-97%，导电炭黑比例为0.3%-1.0%。
作为优选，步骤（2）中，其中增稠剂为CMC-Na或CMC-Li，比例为0.3%-1.2%，单壁碳纳米管管径比为3000-5000，比例为0.01%-0.1%。
作为优选，步骤（3）中，分散时间60分钟-120分钟。
作为优选，步骤（3）中，其中高强度水溶性粘结剂A为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯中的其中一种。更优地，高强度水溶性粘结剂A的添加比例为0.2%-1.6%。
作为优选，步骤（5）中，其中高粘接性水溶性粘结剂B为丁苯橡胶乳液或丙苯乳液中的一种，添加比例为1.0%-2.0%。
作为优选，步骤（6）中，将（5）制得的负极浆料，经过120目筛网过滤后，再涂覆于负极集流体上。
作为优选，使用转移式涂布机将经过滤的负极浆料涂覆于负极集流体上。
作为优选，步骤（6）中，负极集流体的厚度为3-12μm。更优地，负极集流体的厚度为8μm.
作为优选，所述负极集流体为铜箔。
作为优选，步骤（6）中，涂覆于负极集流体上、并经过碾压得到最终极片时，控制涂布烘烤温度为80℃-100℃，涂布面密度为100g/m2-200g/m2，碾压压实密度为1.5 g/cm3-1.65g/cm3。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下技术效果：
本发明的一种低膨胀负极极片的制备方法巧妙，使用了高强度粘结剂与高粘接性粘结剂搭配的混合粘结剂体系，并且通过控制混合粘结剂体系的添加顺序，即首先将高强度粘结剂附着于硅负极颗粒表面，达到了控制颗粒膨胀的目的，其次，在后期加入高粘接性粘结剂，达到了控制极片膨胀的目的，最终达到了对负极极片在颗粒膨胀与极片膨胀两个维度进行了膨胀抑制，效果显著，实用性强，值得推广。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的三个对比例的测试结果图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
一种低膨胀负极极片的制备方法,包含如下步骤：
（1）将硅负极粉体与导电炭黑按一定比例进行物理混合，制成混合粉体；
（2）将溶解完成的增稠剂溶液加入到单壁碳纳米管浆料中，制成导电胶液；
（3）将步骤（2）中制得的导电胶液加入到步骤（1）中制得的混合粉体中，低速搅拌充分浸润后制得混合体；
（4）将高强度水溶性粘结剂A的一部分或全部加入到混合体中，进行高速分散，制得混合浆料；
（5）将剩下的高强度水溶性粘结剂A与高粘接性水溶性粘结剂B一起加入到步骤（4）制得的混合浆料中，充分混合均匀，加入纯水，调节粘度至4000-8000mPa.s，制得负极浆料；
（6）将步骤（5）制得的负极浆料，使用转移式涂布机涂覆于负极集流体上，并经过碾压，得到最终极片。
步骤（1）中，其中硅负极粉体比例为95%-97%，导电炭黑比例为0.3%-1.0%。
步骤（2）中，其中增稠剂为CMC-Na或CMC-Li，比例为0.3%-1.2%，单壁碳纳米管管径比为3000-5000，比例为0.01%-0.1%。
步骤（3）中，分散时间60分钟-120分钟。
步骤（3）中，其中高强度水溶性粘结剂A为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯中的其中一种。高强度水溶性粘结剂A的添加比例为0.2%-1.6%。
步骤（5）中，其中高粘接性水溶性粘结剂B为丁苯橡胶乳液或丙苯乳液中的一种，添加比例为1.0%-2.0%。
步骤（6）中，将（5）制得的负极浆料，经过120目筛网过滤后，使用转移式涂布机涂覆于负极集流体上。
步骤（6）中，负极集流体的厚度为8μm。所述负极集流体为铜箔。
步骤（6）中，使用转移式涂布机涂覆于负极集流体上、并经过碾压得到最终极片时，控制涂布烘烤温度为80℃-100℃，涂布面密度为100g/m2-200g/m2，碾压压实密度为1.5g/cm3-1.65g/cm3。
效果验证：
根据上述制备方法，制备如下三个对比例：
对比例1，其中按照质量比， 硅负极粉体：单臂碳纳米管：导电炭黑: 增稠剂CMC:高粘接性水溶性粘结剂B SBR =96：0.1：0.9:1.2:1.8；
实施例1，其中按照质量比，硅负极粉体：单臂碳纳米管：导电炭黑: 增稠剂CMC:高粘接性水溶性粘结剂B SBR: 高强度水溶性粘结剂A=96：0.1：0.9:1.0:1.6:0.4；
实施例2，其中按照质量比，硅负极粉体：单臂碳纳米管：导电炭黑: 增稠剂CMC:高粘接性水溶性粘结剂B SBR: 高强度水溶性粘结剂A=96：0.1：0.9:0.6:1.2:1.2。
三个对比例的对比数据如附图1所示。
由图1中可以看出，在100%SOC状态锂离子电池中负极厚度反弹较参比方案由33%降低至26%。根据测试，在常温2C循环中，100次循环寿命提升6%。说明本发明的低膨胀负极极片的制备方法巧妙，经过使用高强度粘结剂与高粘接性粘结剂搭配的混合粘结剂体系，并且通过控制混合粘结剂体系的添加顺序，即首先将高强度粘结剂附着于硅负极颗粒表面，达到了控制颗粒膨胀的目的，其次，在后期加入高粘接性粘结剂，达到了控制极片膨胀的目的，最终达到了对负极极片在颗粒膨胀与极片膨胀两个维度进行了膨胀抑制，效果显著，实用性强，值得推广。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种低膨胀负极极片的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
（1）将硅负极粉体与导电炭黑按一定比例进行物理混合，制成混合粉体；
（2）将溶解完成的增稠剂溶液加入到单壁碳纳米管浆料中，制成导电胶液；
（3）将步骤（2）中制得的导电胶液加入到步骤（1）中制得的混合粉体中，低速搅拌充分浸润后制得混合体；
（4）将高强度水溶性粘结剂A的一部分或全部加入到混合体中，进行高速分散，制得混合浆料；
（5）将剩下的高强度水溶性粘结剂A与高粘接性水溶性粘结剂B一起加入到步骤（4）制得的混合浆料中，充分混合均匀，加入纯水，调节粘度至4000-8000mPa.s，制得负极浆料；
（6）将步骤（5）制得的负极浆料，涂覆于负极集流体上，并经过碾压，得到最终极片。
2.根据权利要求1所述的一种低膨胀负极极片的制备方法,其特征在于，步骤（1）中，其中硅负极粉体比例为95%-97%，导电炭黑比例为0.3%-1.0%。
3.根据权利要求1所述的一种低膨胀负极极片的制备方法,其特征在于，步骤（2）中，其中增稠剂为CMC-Na或CMC-Li，比例为0.3%-1.2%，单壁碳纳米管管径比为3000-5000，比例为0.01%-0.1%。
4.根据权利要求1所述的一种低膨胀负极极片的制备方法,其特征在于，步骤（3）中，分散时间60分钟-120分钟。
5.根据权利要求1所述的一种低膨胀负极极片的制备方法,其特征在于，步骤（3）中，其中高强度水溶性粘结剂A为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯中的其中一种。
6.根据权利要求1所述的一种低膨胀负极极片的制备方法,其特征在于，高强度水溶性粘结剂A的添加比例为0.2%-1.6%。
7.根据权利要求1所述的一种低膨胀负极极片的制备方法,其特征在于，步骤（5）中，其中高粘接性水溶性粘结剂B为丁苯橡胶乳液或丙苯乳液中的一种，添加比例为1.0%-2.0%。
8.根据权利要求1所述的一种低膨胀负极极片的制备方法,其特征在于，步骤（6）中，将（5）制得的负极浆料，经过120目筛网过滤后，再涂覆于负极集流体上。
9.根据权利要求1所述的一种低膨胀负极极片的制备方法,其特征在于，步骤（6）中，负极集流体的厚度为3-12μm。
10.根据权利要求1所述的一种低膨胀负极极片的制备方法,其特征在于，步骤（6）中，涂覆于负极集流体上、并经过碾压得到最终极片时，控制涂布烘烤温度为80℃-100℃，涂布面密度为100g/m2-200g/m2，碾压压实密度为1.5 g/cm3-1.65g/cm3。
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