一种负极浆料及其制备方法、负极片以及二次电池技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种负极浆料及其制备方法、负极以及二次电池，包括如下步骤：S1、将增稠剂和溶剂混合分散，加入碳基活性材料和导电剂捏合，搅拌形成碳基浆料；S2、将硅基活性材料和第一粘结剂搅拌捏合，搅拌分散形成硅基浆料；S3、将碳基浆料与硅基浆料混合，加入第二粘结剂和溶剂，搅拌分散得到负极浆料。本发明专利技术的一种负极浆料的制备方法，能有效地抑制硅的膨胀，制备出极片质地柔软，不易脆不掉粉，动力学性能佳，产品优率高。产品优率高。产品优率高。

【技术实现步骤摘要】
一种负极浆料及其制备方法、负极片以及二次电池


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种负极浆料及其制备方法、负极片以及二次电池。

技术介绍

[0002]随着数码、动力等产品的快速发展，高能量密度和快充成为锂离子电池发展的两个重要方向。硅负极浆料相对石墨具有10倍有余的比容量提升，能大大降低负极极片厚度从而提升能量密度，另外更薄的活性物质厚度也缩短了锂离子传输路径，有利于极片充电性能。然而硅材料在充放电过程中伴随的巨大体积效应阻碍着硅负极的大规模应用。在工业生产中，往往采用硅材料与石墨混合的方式来综合两者的性能优劣势，石墨可以提供更高的首次效率和更优秀的导电性，硅可以提供更高的比容量，另外其较大的体积效应也在与石墨掺混中得到缓解和稀释，较大限度防止混合活性物质因体积效应失去电接触。尽管如此，硅材料单颗粒在充放电过程中仍有破碎、坍塌等风险，这就需要高强粘结剂来抑制其膨胀了。
[0003]目前，聚丙烯酸(PAA)及其衍生物由于其超高的黏性和防沉降性，已广泛用于含硅材料混合负极的浆料制备中。PAA及其衍生物的侧链中均具有很多羧基官能团(
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COOH)，能与硅电极表面氧化层羟基(
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OH)形成强烈的键合作用，匀浆中其可以在负极浆料表面形成包覆膜，从而有效抑制硅的膨胀。然而使用了PAA类粘结剂的负极浆料制备出的极片较硬、易脆、易掉粉掉料，性能却不佳，质量优率低，制备出的电池动力学性能差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极浆料的制备方法，能有效地抑制硅的膨胀，制备出极片质地柔软，不易脆不掉粉，动力学性能佳，产品优率高。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种负极浆料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、将增稠剂和溶剂混合分散，加入碳基活性材料和导电剂捏合，搅拌形成碳基浆料；
[0008]S2、将硅基活性材料和第一粘结剂搅拌捏合，搅拌分散形成硅基浆料；
[0009]S3、将碳基浆料与硅基浆料混合，加入第二粘结剂和溶剂，搅拌分散得到负极浆料。
[0010]本专利技术将碳基活性材料、导电剂和增稠剂进行混合进行捏合，使碳基活性材料与导电剂混合形成导电网络，增加导电性，而且增稠剂能够包覆于碳基活性材料的表面，保护碳基活性材料；硅基活性材料与第一粘结剂搅拌捏合，由于硅基活性材料表面具有羟基官能团，第一粘结剂表面具有羧基官能团，二者在强烈的键合作用以及机械力的作用下紧密结合，使第一粘结剂包覆于硅基活性材料的表面，从而形成限制硅体积膨胀的结构；最后将碳基浆料、硅基浆料以及第二粘结剂混合搅拌分散制得负极浆料。硅基活性材料与第一粘
结剂单独捏合能够使硅基活性材料表面充分地包覆第一粘结剂，从而形成包覆率高的限制结构，有效地限制硅的体积膨胀；而且先将碳基活性材料与增稠剂混合，能够使二者混合充分，使增稠剂包覆于碳基活性材料的表面，而且能够减少后续混合时第一粘结剂对碳基活性材料的包覆，从而使碳基活性材料的动力学性能得到充分发挥，避免第一粘结剂对碳基活性材料的过多包覆，影响离子的嵌入与脱嵌，从而影响动力学性能。本专利技术的碳基活性材料主是石墨，硅基活性材料主是是硅及其化合物，将石墨与硅分开捏合，其中硅用第一粘结剂进行高固含捏合使第一粘结剂成膜包覆于硅颗粒表面从而达到抑制其膨胀的作用；其次通过高固含捏合使第一粘结剂在硅表面成膜排除空气，避免对第一粘结剂快速搅拌，缩短其加工时间，减少气泡产生；另外，避免第一粘结剂粘附于石墨表面从而影响石墨动力学性能；再者，使用混合两种不种玻璃化转化温度的粘结剂改善极片柔韧性。本专利技术的第一粘结剂包括丙烯酸类粘结剂(PAA类粘结剂)和导电剂，具体地，将丙烯酸类粘结剂和导电剂置于搅拌罐中搅拌打胶制成第一粘结剂，即为图1导电胶液，再将硅基活性材料和第一粘结剂(即导电胶液)低速公转高固含捏合形成固含量为70％
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90％的硅基浆料。优选地，丙烯酸类粘结剂(PAA类粘结剂)为聚丙烯酸及其衍生物类粘结剂，PAA及其衍生物的侧链中均具有很多羧基官能团(
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COOH)，能与硅电极表面氧化层羟基(
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OH)形成强烈的键合作用，匀浆中其可以在负极浆料表面形成包覆膜，从而有效抑制硅的膨胀。丙烯酸类粘结剂(PAA类粘结剂)为PAA类粘结剂时，第一粘结剂的玻璃转化温度较高，常温表现为脆性，第二粘结剂为SBR类粘结剂，该类粘结剂更为柔韧；本专利技术利用了PAA粘结剂的高黏性，同时引入SBR粘结剂，既保留了PAA粘结剂的高黏性，也使负极片更柔软。本专利技术制备负极浆料的粘度为2000～8000mPa
·
s。
[0011]作为本专利技术一种负极浆料的制备方法的一种改进，所述S1中所述碳基活性材料、所述导电剂和所述增稠剂的重量份数比为70～85:0.1～3:0.1～2。设置碳基活性材料、导电剂和增稠剂以一定的重量份数比混合，使搅拌混合制备出的碳基浆料具有较高导电性的导电网络，从而提高材料导电性。优选地，碳基活性材料、所述导电剂和所述增稠剂的重量份数比为80:1.5:1。
[0012]作为本专利技术一种负极浆料的制备方法的一种改进，所述S1捏合时调节混合物的固含量为60％～70％，公转速率为5
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25rpm，自转速率为100
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300rpm，捏合时间为45
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90min。进行捏合能够有效地降低碳基材料的细度，使制备出的碳基材料性能更好，而且设置一定的转速能够使材料混合均匀不起气泡。
[0013]作为本专利技术一种负极浆料的制备方法的一种改进，所述S1中搅拌时加入溶剂，调节碳基浆料的固含量为50％～60％，公转速率为5
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50rpm，自转速率为1000
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3000rpm，搅拌时间为60
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120min。设置一定的固含量进行搅拌，使碳基材料的细度更细，从而提高电化学性能。
[0014]所述S2中搅拌捏合时固含量为70％～90％，公转速度为5
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25rpm，自转速度为100
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300rpm，搅拌捏合时间为30～60min。通过设置高固含地捏合，使第一粘在硅表面成膜，从而排除空气，设置一定的搅拌速率，避免对第一粘结剂快速搅拌，减少气泡的生成。所述S2中搅拌分散时公转速度为5
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25rpm，自转速度为800
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2000rpm，搅拌分散的时间为30～45min。设置中低速的转速，既提高生产效率，又能避免气泡的生成。
[0015]作为本专利技术一种负极浆料的制备方法的一种改进，所述S2中搅拌分散时加入增稠
剂，所述硅基活性材料、所述第一粘结剂和所述增稠剂的重量份数比为15～30：1～10：0.1～2。第一粘结剂具有高强度粘结性，设置一定配比的硅基活性材料、第一粘结剂以及增稠剂，既能够使第一粘结剂充分地包覆在硅基活性材料的表面，从而限制硅的体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将增稠剂和溶剂混合分散，加入碳基活性材料和导电剂捏合，搅拌形成碳基浆料；S2、将硅基活性材料和第一粘结剂搅拌捏合，搅拌分散形成硅基浆料；S3、将碳基浆料与硅基浆料混合，加入第二粘结剂和溶剂，搅拌分散得到负极浆料。2.根据权利要求1所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，所述S1中所述碳基活性材料、所述导电剂和所述增稠剂的重量份数比为70～85:0.1～3:0.1～2。3.根据权利要求1所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，所述S1捏合时调节混合物的固含量为60％～70％，公转速率为5
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25rpm，自转速率为100
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300rpm，捏合时间为45
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90min。4.根据权利要求1所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，所述S1中搅拌时加入溶剂，调节碳基浆料的固含量为50％～60％，公转速率为5
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50rpm，自转速率为1000
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3000rpm，搅拌时间为60
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120min。5.根据权利要求1所述的负极浆料的制备方法，其特征在于，所述S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，陈杰，杨山，李载波，项海标，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：