一种聚合物锂离子电池硅碳石墨负极浆料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物锂离子电池硅碳石墨负极浆料及其制备方法。所述负极浆料包含的组分及各组分的质量百分比为：人造石墨占比85~95%，硅碳占比0.5~8.0%，SP占比0.7~1.5%，CMC占比1.4~1.9%，SBR占比1.5~2.4%，LA133（丙烯腈多元共聚物）占比0.8~2.0%，PC占比1.5~2.8%。将各组分加入搅拌设备中搅拌均匀得到负极浆料。本发明专利技术以SBR和LA133的组合为粘结剂，以CMC和LA133的组合为增稠剂和助悬剂，以PC为增塑剂，将少量硅碳掺入人造石墨中，在提高负极克容量的同时增强极片粘结力和柔韧性，缓解硅碳嵌脱锂过程的体积膨胀和粉化问题，极片不易出现掉粉现象。易出现掉粉现象。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物锂离子电池硅碳石墨负极浆料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及到一种聚合物锂离子电池硅碳石墨负极浆料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池工作电压高，能量密度大，使用寿命长，自放电小，无记忆效应，安全性能好，无污染，现已广泛应用于电动汽车、笔记本电脑、手机、摄像机、电动单车、移动电源、医疗设备、军工和航天等领域。
[0003]石墨的理论克容量只有372mAh/g，以石墨作为锂离子电池的负极材料，很大程度上限制了锂离子电池的能量密度。硅的理论克容量高达4200 mAh/g，硅元素在地壳中储量丰富，将硅用作锂离子电池负极材料，具有成本低、克容量大的优势，但硅在充放电过程中体积膨胀效应明显，易出现“粉化”现象，电池性能衰减快，从而限制了硅在锂离子电池中的应用。用空心炭壳包裹单质硅或氧化亚硅可为硅材料在充放电过程出现的体积效应提供缓冲空间，从而有效解决硅材料出现的“粉化”问题。

技术实现思路

[0004]为更好地解决硅碳石墨负极浆料在嵌脱锂过程中出现的体积效应和“粉化”问题，本专利技术提供了一种聚合物锂离子电池硅碳石墨负极浆料及其制备方法，可增加负极克容量的同时很好地缓解硅碳材料在充放电过程中出现的体积效应，并提高负极片的粘结力和柔韧性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种聚合物锂离子电池硅碳石墨负极浆料及其制备方法，所述硅碳石墨负极浆料及其制备方法包括以下步骤：在循环冷却系统控制和设置真空条件下，（1）往搅拌设备中加入98重量份的去离子水后加入1.4~1.8重量份的CMC（羧甲基纤维素钠）干粉，预搅拌后高速搅拌均匀得到CMC胶液；（2）加入0.8~2.0重量份的LA133（丙烯腈多元共聚物），预搅拌后低速搅拌均匀；（3）加入1.5~2.8重量份的PC（碳酸丙烯酯），低速搅拌均匀；（4）加入0.7~1.5重量份的SP（导电炭黑），预搅拌后高速搅拌均匀；（5）加入0.5~8.0重量份的硅碳和85~95重量份的人造石墨，预搅拌后高速搅拌均匀；（6）加入2~5重量份的质量比为1:1的NMP（N-甲基吡咯烷酮）与去离子水的混合液，中速搅拌均匀；（7）加入含1.5~2.4重量份的SBR（丁苯橡胶）的水乳液，中速搅拌均匀；（8）加入3~10重量份的正丁醇或乙醇，低速搅拌均匀；（9）加入适量去离子水中速搅拌均匀后转低速搅拌并抽真空充分除去气泡后测试浆料粘度，将浆料粘度调节为25
±
5℃下为2500~5000mPa.s；
（10）经筛网过筛后得到硅碳石墨负极浆料。
[0006]所述搅拌设备含公转搅拌桨和自转分散盘，公转搅拌桨直径为15~90cm，自转分散盘直径为5~30cm；预搅拌时，公转转速为10~25rpm，自转转速为50~300rpm；低速搅拌时，公转转速为15~35rpm，自转转速为300~800rpm；中速搅拌时，公转转速为20~40rpm，自转转速为800~1800rpm；高速搅拌时，公转转速为30~65rpm，自转转速为1800~4000rpm。
[0007]所述循环冷却系统控制浆料温度为20~40℃，同时设置真空条件为-0.07~-0.098MPa。
[0008]进一步地，步骤（5）所述的硅碳和人造石墨在加入搅拌设备前已混合均匀，硅碳与人造石墨的混合粉体均分为2~4次加入，每次加入后进行预搅拌待干粉物质被充分浸润后再依次加入剩余的硅碳与人造石墨的混合粉体。
[0009]进一步地，步骤（5）所述的人造石墨的比表面积为1~3m2/g，颗粒粒径分布的D10为4~10μm，D50为12~18μm，D90为25~40μm；步骤（5）所述硅碳材料为具有核壳结构的颗粒，分内核层和外壳层，内核层为单质硅或氧化亚硅，质量百分比为50~60%，外壳层为无定形空心炭球壳，质量百分比为40~50%，硅碳材料的比表面积为1~6m2/g，粒径分布范围为1~60μm。
[0010]进一步地，步骤（6）所述的质量比为1:1的NMP（N-甲基吡咯烷酮）与去离子水的混合液需提前配制，配制时在搅拌下将NMP加入到去离子水中混合均匀并冷却至室温后待用。
[0011]进一步地，步骤（7）所述的SBR（丁苯橡胶）的水乳液的固含量为35~60%。
[0012]本专利技术的有益效果在于：以无定形空心炭球壳对单质硅或氧化亚硅进行包裹可以为单质硅或氧化亚硅在嵌脱锂过程出现的体积效应提供足够的缓冲空间，将适量的该核壳结构的硅碳材料掺入人造石墨中，可进一步缓解单质硅或氧化亚硅在嵌脱锂过程出现的体积效应，并提高负极的克容量；以CMC（羧甲基纤维素钠）和LA133（丙烯腈多元共聚物）的组合为增稠剂和助悬剂可以减少浆料的沉降，增加浆料的稳定性，利于浆料涂布后极片的均一性；以SBR（丁苯橡胶）和LA133（丙烯腈多元共聚物）的组合为粘结剂可增加负极片的粘结力，极片不易出现掉粉现象；加入增塑剂PC（碳酸丙烯酯）可增加极片的柔韧性；加入适量的NMP（N-甲基吡咯烷酮）可增加石墨或硅碳与水的浸润，从而有利于石墨或硅碳与粘结剂或增稠剂的混合；加入消泡剂正丁醇或乙醇以进行消泡。
具体实施方式
[0013]下面结合具体实施例子对本专利技术进行进一步的描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本专利技术的保护范围有任何的限制作用。
[0014]实施例1：（1）选用含最大搅拌直径为30~50cm的搅拌桨、最大分散直径为15~20cm的搅拌设备进行浆料的制备，往搅拌设备中加入98重量份的去离子水后加入1.5重量份的CMC干粉，通过循环冷却水系统将被搅拌物的温度控制在25~40℃，以15rpm的公转转速、200rpm的分散转速进行预搅拌，待CMC干粉被去离子水充分浸润并进行刮边后，以40rpm的公转转速、2000rpm的分散转速进行高速搅拌均匀得到CMC胶液，高速搅拌阶段设置真空条件为-0.092MPa；（2）加入1.5重量份的LA133，通过循环冷却水系统将被搅拌物的温度控制在25~40℃，以15rpm的公转转速、200rpm的分散转速进行预搅拌20min后以20rpm的公转转速、300rpm的
分散转速低速搅拌均匀，低速搅拌阶段设置真空条件为-0.092MPa；（3）加入2.0重量份的液态PC，通过循环冷却水系统将被搅拌物的温度控制在25~40℃，以20rpm的公转转速、300 rpm的分散转速低速搅拌均匀，搅拌过程设置真空条件为-0.092MPa；（4）加入1.2重量份的SP，通过循环冷却水系统将被搅拌物的温度控制在25~40℃，以15rpm的公转转速、200rpm的分散转速进行预搅拌，待SP被充分浸润并进行刮边后，以45rpm的公转转速、3000rpm的分散转速高速搅拌均匀，高速搅拌阶段设置真空条件为-0.092MPa；（5）均分为2次加入5.0重量份的硅碳和90重量份的人造石墨的混合粉体，其中人造石墨的比表面积为1.6m2/g，颗粒粒径分布的D10为5μm，D50为14μm，D90为30μm。硅碳材料为具有核壳结构的颗粒，分内核层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物锂离子电池硅碳石墨负极浆料及其制备方法，其特征在于，所述硅碳石墨负极浆料及其制备方法包括以下步骤：在循环冷却系统控制和设置真空条件下，（1）往搅拌设备中加入98重量份的去离子水后加入1.4~1.8重量份的CMC（羧甲基纤维素钠）干粉，预搅拌后高速搅拌均匀得到CMC胶液；（2）加入0.8~2.0重量份的LA133（丙烯腈多元共聚物），预搅拌后低速搅拌均匀；（3）加入1.5~2.8重量份的PC（碳酸丙烯酯），低速搅拌均匀；（4）加入0.7~1.5重量份的SP（导电炭黑），预搅拌后高速搅拌均匀；（5）加入0.5~8.0重量份的硅碳和85~95重量份的人造石墨，预搅拌后高速搅拌均匀；（6）加入2~5重量份的质量比为1:1的NMP（N-甲基吡咯烷酮）与去离子水的混合液，中速搅拌均匀；（7）加入含1.5~2.4重量份的SBR（丁苯橡胶）的水乳液，中速搅拌均匀；（8）加入3~10重量份的正丁醇或乙醇，低速搅拌均匀；（9）加入适量去离子水中速搅拌均匀后转低速搅拌并抽真空充分除去气泡后测试浆料粘度，将浆料粘度调节为25
±
5℃下为2500~5000mPa.s；（10）经筛网过筛后得到硅碳石墨负极浆料。2.如权利要求1所述的一种聚合物锂离子电池硅碳石墨负极浆料及其制备方法，其特征在于，所述搅拌设备含公转搅拌桨和自转分散盘，公转搅拌桨直径为15~90cm，自转分散盘直径为5~30cm；预搅拌时，公转转速为10~25rpm，自转转速为50~300rpm；低速搅拌时，公转转速为15~35rpm，自转转速为300~800rpm；中速搅拌时，公转转速为20~40rpm，自转...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，李国敏，胡亚夫，刘小龙，李虹，王松建，高鹏程，余传平，曾意，
申请(专利权)人：江西格林德能源有限公司，
类型：发明
国别省市：