一种负极钛酸锂的匀浆涂布方法及其锂离子电池制备方法技术

本发明专利技术提供了一种负极钛酸锂的匀浆涂布方法，该方法包括如下步骤：a、将物料贮存箱、匀浆罐、涂布室通过输送管道连接成一体化的匀浆涂布设备；b、控制物料贮存箱和匀浆罐内的湿度在0％～10％RH范围；c、将匀浆溶剂、负极材料放入物料贮存箱内，控制物料贮存箱内的湿度在0％～10％RH范围；d、将匀浆溶剂和负极材料导入到匀浆罐中搅拌；e、检验浆料的固含量、粘度和细度，准备出料涂布；f、控制涂布室环境湿度到0％～30％RH开始涂布，经烘烤得到负极片极卷。本发明专利技术提供的负极钛酸锂的匀浆涂布方法杜绝了匀浆涂布过程中钛酸锂浆料吸收环境中的水分形成凝胶状态，一定程度上降低了钛酸锂电池的胀气问题，提高了电池的电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及对环境湿度极其敏感的负极钛酸锂材料的匀浆、涂布方法，以及其锂离子电池的制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有工作电压高、无记忆性、自放电小、使用寿命长、能量密度高等优点，逐渐成为各种电子产品的首选能源；而且随着电动汽车和储能技术的发展，锂离子电池具有更加广阔的应用领域，同时对锂离子电池的安全可靠性、循环寿命、使用温度范围和可快速充放电等性能的要求也越来越高。钛酸锂锂离子电池相对于传统石墨负极的锂离子电池具有更高的安全可靠性、超长的循环寿命、较宽的使用温度范围和可快速充放电的优异性能，而受到越来越多的青睐。钛酸锂锂离子电池中的负极材料为钛酸锂材料，钛酸锂(Li4Ti5O12)具有稳定的尖晶石结构，具有零应变的特性，能够避免电池在充放电循环过程中电极材料的结构破坏，从而极大提高了钛酸锂电池的循环寿命，其循环寿命可以达到万次以上，是传统锂离子电池的3～5倍。钛酸锂的锂离子扩散系数为2×10-8cm2/s，可以承受10C连续充电和放电，即6min可充满电，且能够满足电动汽车启动、爬坡、加速以及储能电站调峰调谷的要求。钛酸锂的嵌锂电位为1.55V(Vs.Li+/Li)，不会在负极形成锂枝晶，降低了内部短路的风险，因此钛酸锂电池具有较高的安全可靠性。钛酸锂锂离子电池在低温(-40℃)和高温(60℃)之间性能非常突出，能够在绝大部分地区使用。但是，以钛酸锂为负极的锂离子电池存在严重的胀气问题，阻碍了其商业化发展的速度。钛酸锂锂离子电池胀气的主要原因之一就是电池中的水分较高导致。钛酸锂材料大多为纳米级材料，比表面积较大，并且钛酸锂负极材料的全碱含量较高，所以钛酸锂材料对环境湿度极其敏感，极易吸收环境中的水分。在匀浆过程中比表面积较大的钛酸锂材料极易吸收环境中的水分，导致浆料吸水后的浆料粘度迅速增加，破坏浆料的流动性和均匀状态，导致浆料涂布面密度不稳定、涂布外观粗糙、极片内阻较大或者极片覆料粘结性不好，在后续碾压、模切制片过程严重掉料，影响电池后期的性能；更加严重的情况下钛酸锂浆料会在匀浆过程中直接吸水形成凝胶，而无法涂布导致所有浆料直接报废，造成原材料成本损失。钛酸锂材料匀浆完毕后，在进行涂布过程中，若环境湿度比较大，敞开式的存储浆料和涂布过程会导致钛酸锂浆料粘度逐渐增大，浆料状态变差导致涂布效果不佳。钛酸锂锂离子电池在后续各工序制作过程中也会逐渐的吸收环境中的水分，即使同磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂等传统锂离子电池一样的湿度环境下制备钛酸锂锂离子电池，电池封装后的电芯水分也会高出传统锂离子电池的3～6倍；即使封装后电芯经过水分烘烤，对于量产的钛酸锂锂离子电池仍然很难将水分含量降的很低，而且电芯批量烘烤除水分耗能很大。钛酸锂电池中的水分在电池的充放电使用和存储过程中会与电解液反应产生气体，而且高温条件下使用会加速产气，导致电池产气膨胀，影响电池的使用性能，并且给电池带来很大的安全隐患。传统的负极石墨锂离子电池的匀浆、涂布一般都是在较高的环境湿度下敞开式进行的，原因是石墨负极和传统的磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂等正极材料，对环境湿度没有这么敏感，只要环境湿度不是特别高，就不会影响到电池的后期性能。但是，钛酸锂材料对环境湿度比较敏感，敞开式的搬运、存放、匀浆、涂布，都会导致原材料的快速的吸收环境中的水分，从而影响到钛酸锂材料的匀浆和涂布效果。因此，钛酸锂电池的制作工艺对环境湿度要求都非常严格，如何在制程中控制环境湿度对钛酸锂材料的影响，尤其是钛酸锂材料的匀浆和涂布工序，对钛酸锂电池的性能和后期使用至关重要。鉴于传统锂离子电池匀浆、涂布工艺的现有技术缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种密闭的、湿度可控的、一体化的匀浆、涂布方法及其锂离子电池制备方法；即匀浆、涂布设备是基于密闭的、湿度可控的、一体化的连接理念设计，避免钛酸锂材料同外界较大湿度环境的接触，从而杜绝了匀浆、涂布过程中钛酸锂浆料因吸收环境中的水分而形成凝胶状态，有效改善了匀浆和涂布的均匀性、稳定性以及涂布的效果，从钛酸锂电池的制作初始工序进行了严格的水分管控，一定程度上解决了钛酸锂电池使用中的胀气问题，提高了电池的电性能，可指导规模化的钛酸锂锂离子电池批量生产，降低了原材料成本损失的风险。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利技术提供了一种负极钛酸锂的匀浆涂布方法及其锂离子电池制备方法，该技术杜绝了匀浆、涂布过程中钛酸锂浆料因吸收环境中的水分而形成凝胶状态，有效改善了匀浆和涂布的均匀性、稳定性以及涂布的效果，从钛酸锂电池的制作初始工序进行了严重的水分管控，一定程度上降低了钛酸锂电池使用中的胀气问题，提高了电池的电性能；可指导规模化的钛酸锂锂离子电池批量生产，降低了原材料成本损失的风险。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种负极钛酸锂的匀浆涂布方法，该方法包括如下步骤：a、将购买的物料贮存箱、匀浆罐、涂布室通过输送管道连接成一体化的匀浆、涂布设备；b、控制所述物料贮存箱和匀浆罐内的湿度在0％～10％RH范围(之后关闭各个连接接口的阀门)；c、将匀浆溶剂、负极材料放入物料贮存箱内，并再次控制物料贮存箱内的湿度在0％～10％RH范围；所述负极材料包括负极活性材料钛酸锂原材料、负极导电剂和负极粘结剂(所述负极活性材料钛酸锂原材料、负极导电剂和负极粘结剂为各自独立包装)；(如将分别盛有匀浆溶剂、负极活性材料钛酸锂原材料、负极导电剂和负极粘结剂的物料包装桶先运输转移到物料贮存箱内，之后将物料贮存箱密闭关闭，并控制物料贮存箱内的湿度在0％～10％RH范围)d、将所述步骤c中的匀浆溶剂和负极材料导入到匀浆罐中，搅拌均匀得到浆料；(如将上述分别盛有匀浆溶剂、负极活性材料钛酸锂原材料、负极导电剂和负极粘结剂的物料包装桶按照顺序开封，打开输送管道上物料贮存箱和匀浆罐的连接处接口阀门，通过输送管道将匀浆溶剂、负极活性材料钛酸锂原材料、负极导电剂和负极粘结剂加入到匀浆罐内，进行搅拌)e、在室温下，检验所述步骤d中得到的浆料的固含量、粘度和细度，准备出料涂布；f、将涂布室内的环境湿度控制到0％～30％RH范围开始涂布所述步骤e中得到的浆料，之后经烘烤后得到负极片极卷。(如将步骤e制备的浆料经输送管道输送到涂布室内的涂布机上，将涂布室内的环境湿度控制在0％～30％RH范围开始连续涂布，涂布后得到负极片极卷经烘箱烘烤后得到负极工艺尺寸要求的负极片极卷)进一步，所述匀浆涂布设备内的湿度采用空气置换装置或除湿机控制(所述空气置换装置或除湿机通过输气管道分别连接到物料贮存箱、匀浆罐和涂布室内)。进一步，所述步骤d中的搅拌速度为1000-2000rpm。进一步，所述钛酸锂原材料为密封包装的符合原材料检验标准的水分规格，优选的，其水分在100～700ppm。进一步，所述步骤a中湿度在0.1％～10％RH范围，所述步骤b中湿度在0.1％～10％RH范围，所述步骤e中湿度在0.1％～30％RH范围。进一步，当粘度达到3500-6500mPa·s，细度达到10-30μm时出料涂布。进一步，所述匀浆溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。进一步，所述物料贮存箱为手套密封箱。本专利技术还提供了一种由上述负极钛酸锂的匀浆涂布方法制备的负极片。本专利技术还提供了一种锂离子电池的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极钛酸锂的匀浆涂布方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：a、将购买的物料贮存箱(1)、匀浆罐(4)、涂布室(5)通过输送管道(3)连接成一体化的匀浆涂布设备；b、控制所述物料贮存箱(1)和匀浆罐(4)内的湿度在0％～10％RH范围；c、将匀浆溶剂、负极材料放入物料贮存箱(1)内，并再次控制物料贮存箱(1)内的湿度在0％～10％RH范围；所述负极材料包括负极活性材料钛酸锂原材料、负极导电剂和负极粘结剂；d、将所述步骤c中的匀浆溶剂和负极材料导入到匀浆罐(4)中，搅拌均匀得到浆料；e、在室温下，检验所述步骤d中得到的浆料的固含量、粘度和细度，准备出料涂布；f、将涂布室(5)内环境湿度控制到0％～30％RH范围开始涂布所述步骤e中得到的浆料，之后经烘烤后得到负极片极卷。

【技术特征摘要】
1.一种负极钛酸锂的匀浆涂布方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：a、将购买的物料贮存箱(1)、匀浆罐(4)、涂布室(5)通过输送管道(3)连接成一体化的匀浆涂布设备；b、控制所述物料贮存箱(1)和匀浆罐(4)内的湿度在0％～10％RH范围；c、将匀浆溶剂、负极材料放入物料贮存箱(1)内，并再次控制物料贮存箱(1)内的湿度在0％～10％RH范围；所述负极材料包括负极活性材料钛酸锂原材料、负极导电剂和负极粘结剂；d、将所述步骤c中的匀浆溶剂和负极材料导入到匀浆罐(4)中，搅拌均匀得到浆料；e、在室温下，检验所述步骤d中得到的浆料的固含量、粘度和细度，准备出料涂布；f、将涂布室(5)内环境湿度控制到0％～30％RH范围开始涂布所述步骤e中得到的浆料，之后经烘烤后得到负极片极卷。2.根据权利要求1所述的一种负极钛酸锂的匀浆涂布方法，其特征在于：所述匀浆涂布设备内的环境湿度采用空气置换装置或除湿机控制。3.根据权利要求1或2所述的一种负极钛酸锂的匀浆涂布方法，其特征在于：所述步骤c中的搅拌速度为1000-2000rpm。4.根据权利要求1或2所述的一种负极钛酸锂的匀浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢丽英，范少聪，赵祥彬，王驰伟，从长杰，冯树南，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12