專利名稱：一種電極漿料的混合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種物料混和方法，尤其是關(guān)于一種電極漿料的混合方法。
背景技術(shù)：
目前，電池電極漿料的混合主要是在常規(guī)磁力攪拌儀、機(jī)械攪拌儀等只有單一機(jī)械攪拌方式的混合設(shè)備進(jìn)行，包括將電極漿料中所需的粘結(jié)劑、溶劑、導(dǎo)電劑、活性物質(zhì)粉料等進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌混和，制成漿料。顯然，這種簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌無(wú)法實(shí)現(xiàn)漿料的充分混和，從而也就無(wú)法保證漿料的均一性，由此導(dǎo)致制成的電池大電流放電性能差、容量低和循環(huán)性能不佳。而且，用這種方式混合漿料的時(shí)間比較長(zhǎng)，一般需花費(fèi)6小時(shí)以上。
目前市場(chǎng)上有一種行星式球磨機(jī)，球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示在行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)盤1的圓周上對(duì)稱地裝配有四個(gè)隨轉(zhuǎn)盤公轉(zhuǎn)同時(shí)又做高速自轉(zhuǎn)的球磨罐2，球磨罐2的里面有多個(gè)研磨球3，當(dāng)球磨罐2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，研磨球3能在球磨罐2內(nèi)作無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)。為了防止物料在混合過(guò)程中被摔出，所述行星式球磨機(jī)還包括與球磨罐2相配套的球磨罐蓋板4。
目前這種行星式球磨機(jī)主要用于造紙、印染、食品等行業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)混合時(shí)間長(zhǎng)且不能使電極漿料充分混合的缺點(diǎn)，提供一種混合時(shí)間短且能使電極漿料充分混合的電極漿料混合方法。
本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，采用現(xiàn)有技術(shù)的混合裝置，即使將電池的電極漿料混合20小時(shí)以上，電池的大電流放電性能、容量和循環(huán)性能與混合時(shí)間為6小時(shí)的并無(wú)明顯的提高。究其原因，可能是因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)中的混合方法只是一種簡(jiǎn)單的機(jī)械混合，只能使電極漿料混合均勻。
本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將電池的負(fù)極漿料放入上述行星式球磨機(jī)中混合30分鐘，即可有效地提高電池的大電流放電性能、容量和循環(huán)性能，而且混合時(shí)間還比現(xiàn)有技術(shù)的6小時(shí)大大縮短。
本發(fā)明提供了一種電極漿料的混合方法，該方法包括將組成電極漿料的物料放入混合器中進(jìn)行混合，其中，所述混合器為行星式球磨機(jī)。
本發(fā)明提供的電極漿料混合方法成功地將目前只用于造紙、印染、食品等行業(yè)的行星式球磨機(jī)應(yīng)用到電池領(lǐng)域，使電極漿料不僅混合得更加均勻，還使混合得到的物料更加細(xì)化，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池大電流性能不好的缺點(diǎn)，有效提高了電池的大電流放電性能、容量和循環(huán)性能，并極大地縮短了電極漿料的混合時(shí)間，大大提高了勞動(dòng)效率。


圖1為本發(fā)明提供的方法所用的行星式球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的電極漿料干燥后的SEM圖；圖3為對(duì)比例1獲得的電極漿料干燥后的SEM圖；圖4是用本發(fā)明實(shí)施例1獲得的電極漿料和用對(duì)比例1獲得的電極漿料制得的電池的循環(huán)穩(wěn)定性的曲線對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的電極漿料的混合方法包括將組成電極漿料的物料放入混合器中進(jìn)行混合，其中，所述混合器為行星式球磨機(jī)。
所述行星式球磨機(jī)可以是各種能同時(shí)具有公轉(zhuǎn)速度和自轉(zhuǎn)速度的球磨機(jī)。所述行星式球磨機(jī)可以用各種方法得到，例如可以商購(gòu)得到，例如可以購(gòu)自德國(guó)FRITSCH GMBH公司、南京大學(xué)儀器廠。本發(fā)明具體實(shí)施方式
中選用購(gòu)自南京大學(xué)儀器廠QM-2SP20型號(hào)的行星式球磨機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，該球磨機(jī)主要包括在行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)盤1的圓周上對(duì)稱地分布的多個(gè)隨轉(zhuǎn)盤公轉(zhuǎn)同時(shí)又做高速自轉(zhuǎn)的球磨罐2，球磨罐2的里面有多個(gè)研磨球3，當(dāng)球磨罐2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，研磨球3能在球磨罐2內(nèi)作無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)。為了防止物料在混合過(guò)程中被摔出，所述行星式球磨機(jī)還包括與球磨罐2相配套的球磨罐蓋板4。所述轉(zhuǎn)盤1可以由電機(jī)(未示出)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)球磨罐2進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。所述球磨罐和轉(zhuǎn)盤1之間的連接關(guān)系和連接方式已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再贅述。所述球磨罐2可以是多個(gè)，只要對(duì)稱分布即可，本發(fā)明具體實(shí)施方式
中優(yōu)選為2-6個(gè)。所述多個(gè)球磨罐2可以分別獨(dú)立地同時(shí)盛裝相同或不同的電極漿料，從而使球磨效率更高、球磨功能更加多樣化。球磨罐2的大小可以根據(jù)待混合物料的重量進(jìn)行選擇。所述研磨球可以是各種硬度大于62(HRC)的球體，只要不對(duì)球磨物料帶來(lái)不利影響即可，優(yōu)選情況下，所述研磨球?yàn)楝旇?。所述研磨球的大小可以是直徑?-100毫米。所述研磨球的個(gè)數(shù)和大小可以根據(jù)所需球磨的物料的重量和研磨程度以及球磨罐的大小進(jìn)行選擇，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可以很容易選擇合適的研磨球個(gè)數(shù)和大小合適的研磨球。例如可以參照下表1選擇研磨球的個(gè)數(shù)和大小。
表1

本發(fā)明對(duì)球磨機(jī)的公轉(zhuǎn)速度和自轉(zhuǎn)速度沒(méi)有特別的限定，可以根據(jù)物料所需的細(xì)度和均勻度進(jìn)行選擇。優(yōu)選情況下，所述公轉(zhuǎn)速度為50-500轉(zhuǎn)/分鐘，所述自轉(zhuǎn)速度為50-600轉(zhuǎn)/分鐘；更優(yōu)選公轉(zhuǎn)速度為100-300轉(zhuǎn)/分鐘，所述自轉(zhuǎn)速度為100-400轉(zhuǎn)/分鐘。
本發(fā)明所述組成電極漿料的物料可以是各種電池的電極漿料，例如可以是正極漿料，也可以是負(fù)極漿料，可以是鋰離子電池的電極漿料，也可以是鋅二次電池的電極漿料。所述電極漿料的組成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如含有活性物質(zhì)粉料、溶劑和助劑，所述助劑可以是粘合劑、導(dǎo)電劑以及其它各種添加劑中的一種或幾種。上述物料的配比已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再贅述。
為了使電極漿料混合地更加均勻，本發(fā)明所述將組成電極漿料的物料放入混合器中進(jìn)行混合優(yōu)選包括先將活性物質(zhì)粉料加入混合器的球磨罐中進(jìn)行一次球磨，然后再將溶劑、助劑與球磨后的活性物質(zhì)粉料一起進(jìn)行二次球磨混合。所述一次球磨的時(shí)間優(yōu)選為30-100分鐘，更優(yōu)選為40-80分鐘；二次球磨的時(shí)間優(yōu)選為10-200分鐘，更優(yōu)選為100-140分鐘。
本發(fā)明所述的電極漿料混合方法中電極漿料和研磨球是在一個(gè)二維旋轉(zhuǎn)空間作高能運(yùn)動(dòng)，其工作原理是在一個(gè)轉(zhuǎn)盤上對(duì)稱裝有四個(gè)球磨罐，當(dāng)轉(zhuǎn)盤1旋轉(zhuǎn)時(shí)(公轉(zhuǎn))，球磨罐2圍繞各自的中心軸作旋轉(zhuǎn)(自轉(zhuǎn))，球磨罐2內(nèi)的研磨球3在慣性力的作用下對(duì)組成電極漿料的物料形成高頻沖擊、摩擦，同時(shí)，轉(zhuǎn)盤1所產(chǎn)生的較強(qiáng)的離心力使物料與研磨球3從球磨罐2的內(nèi)壁分開(kāi)，在球磨罐2的高速自轉(zhuǎn)條件下，研磨球3和物料從球磨罐2的一側(cè)到另一側(cè)，相互撞擊，使得被磨物料的顆粒更小、更細(xì)，粒徑更均一。由于公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)兩個(gè)離心力同時(shí)作用在磨球和物料上，而且合力的方向在不斷變化，這就使得磨球與物料在球磨罐中的運(yùn)動(dòng)軌跡是雜亂無(wú)序的，這樣就可以通過(guò)提高轉(zhuǎn)速，使磨球與材料獲取足夠的碰撞能量，達(dá)到高效研磨、混和的作用。
下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1本實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明提供的電極漿料混合方法。
將10千克鋰鈷氧粉料裝入圖1所示的行星式球磨機(jī)的四個(gè)球磨罐內(nèi)，每個(gè)罐裝2.5千克，每個(gè)桶內(nèi)分別放入12個(gè)直徑為20毫米、200個(gè)直徑為10毫米、1800個(gè)直徑為6毫米的瑪瑙球，在250轉(zhuǎn)/分鐘的自轉(zhuǎn)速度、350轉(zhuǎn)/分鐘的公轉(zhuǎn)速度研磨60分鐘，得到細(xì)化和均化的鋰鈷氧粉料。
然后將所得細(xì)化和均化的鋰鈷氧粉料與0.5千克乙炔黑、4.0千克N-甲基吡咯烷酮(NMP)、0.5千克聚四氟乙烯(PVDF)平均分成四份后放入四個(gè)球磨罐中混合，然后在280轉(zhuǎn)/分鐘的自轉(zhuǎn)速度、360轉(zhuǎn)/分鐘的公轉(zhuǎn)速度下繼續(xù)研磨120分鐘，得到所述的電極漿料S1。
實(shí)施例2本實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明提供的電極漿料混合方法。
將8.5千克球型氫氧化鎳粉料平均裝入如圖1所示的行星式球磨機(jī)的四個(gè)球磨罐內(nèi)，每個(gè)球磨罐內(nèi)分別放入10個(gè)直徑為20毫米、150個(gè)直徑為10毫米、1200個(gè)直徑為6毫米的瑪瑙球，在250轉(zhuǎn)/分鐘的自轉(zhuǎn)速度、350轉(zhuǎn)/分鐘的公轉(zhuǎn)速度研磨70分鐘，得到細(xì)化和均化的球型氫氧化鎳粉料。
然后將所得細(xì)化和均化的球型氫氧化鎳粉料分別與75克二氧化鈦、200克炭黑、100克聚四氟乙烯、5克羥丙基甲基纖維素以及1千克去離子水在球磨罐中混合，然后在280轉(zhuǎn)/分鐘的自轉(zhuǎn)速度、360轉(zhuǎn)/分鐘的公轉(zhuǎn)速度下繼續(xù)研磨140分鐘，得到所述的鋅二次電池正極漿料S2。
實(shí)施例3本實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明提供的電極漿料混合方法。
將0.6千克羥甲基纖維素、1.5千克丁苯橡膠(SBR)膠乳、2.8千克石墨和3.8千克水平均裝入圖1所示的行星式球磨機(jī)的相對(duì)的兩個(gè)球磨罐內(nèi)，將430克氧化鋅、1.5千克二氧化鈦、3.5千克炭黑、2.0千克聚四氟乙烯、100克羥丙基甲基纖維素以及2千克去離子水平均裝入球磨機(jī)的另兩個(gè)球磨罐內(nèi)，每個(gè)球磨罐內(nèi)均放入30個(gè)直徑為20毫米、300個(gè)直徑為10毫米、2800個(gè)直徑為6毫米的瑪瑙球，分別蓋上球磨罐蓋板后在150轉(zhuǎn)/分鐘的自轉(zhuǎn)速度、200轉(zhuǎn)/分鐘的公轉(zhuǎn)速度研磨0.5小時(shí)，得到細(xì)化和均化的負(fù)極漿料，其中含有石墨的負(fù)極漿料計(jì)為S3、含有炭黑的負(fù)極漿料計(jì)為S4。
對(duì)比例1該對(duì)比例用于說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中電極漿料的混合方法。
將與實(shí)施例1相同的組成和配比的電極物料依次加入到攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌混合，攪拌的速度為250轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌的時(shí)間為7小時(shí)，得到鋰離子電池正極漿料D1。
對(duì)比例2將與實(shí)施例2相同的組成和配比的電極物料依次加入到攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌混合，攪拌的速度為250轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌的時(shí)間為8小時(shí)，得到鋅二次電池正極漿料D2。
對(duì)比例3該對(duì)比例用于說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中電極漿料的混合方法。
將與S3相同的組成和配比的電極物料依次加入到攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌混合，攪拌的速度為250轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌的時(shí)間為7小時(shí)，得到鋰離子電池負(fù)極漿料D3。
對(duì)比例4將與S4相同的組成和配比的電極物料依次加入到攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌混合，攪拌的速度為250轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌的時(shí)間為8小時(shí)，得到鋅二次電池負(fù)極漿料D4。
性能測(cè)試將實(shí)施例1和對(duì)比例1制得的電池電極漿料S1和C1涂敷在鋁箔上，在150℃下烘干后，用掃描電子顯微鏡(SEM)拍照，得到的SEM圖分別如圖2和圖3所示。從圖2和圖3可以看出，用本發(fā)明方法制得的正極漿料的粒度和均勻度均明顯優(yōu)于用現(xiàn)有技術(shù)方法獲得的正極漿料。
將實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-4制得的電極漿料制成相應(yīng)的電池SS1-6和DD1-2，電池的正負(fù)極材料如下表2所示，然后測(cè)定各電池的容量、循環(huán)性能和大電流放電性能，測(cè)定結(jié)果如下表2、表3所示。電池SS1和DD1的循環(huán)穩(wěn)定性的曲線如圖4所示，圖中位于上方的曲線歸屬于電池SS1，位于下方的曲線歸屬于電池DD1。
表2

表3

從上表2、表3和圖4的結(jié)果可以看出，用本發(fā)明方法制得的電極漿料制得的電池具有明顯提高的電池容量、大電流放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種電極漿料的混合方法，該方法包括將組成電極漿料的物料放入混合器中進(jìn)行混合，其特征在于，所述混合器為行星式球磨機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述行星式球磨機(jī)包括旋轉(zhuǎn)盤、對(duì)稱分布的球磨罐和研磨球，所述旋轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)球磨罐轉(zhuǎn)動(dòng)，所述研磨球在球磨罐內(nèi)作無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，該方法包括將組成電極漿料的物料放入球磨罐中，使物料與研磨球一起在轉(zhuǎn)動(dòng)的球磨罐中混合接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)包括自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，所述自轉(zhuǎn)的速度為50-500轉(zhuǎn)/分鐘，所述公轉(zhuǎn)的速度為50-600轉(zhuǎn)/分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述組成電極漿料的物料含有電極活性物質(zhì)粉料、溶劑和助劑，所述混合包括先將粉料放入球磨罐中，使粉料與研磨球一起在轉(zhuǎn)動(dòng)的球磨罐中進(jìn)行一級(jí)球磨；然后將溶劑和助劑加入球磨罐中，使粉料、溶劑和助劑與研磨球一起在轉(zhuǎn)動(dòng)的球磨罐中進(jìn)行二級(jí)球磨。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述一級(jí)球磨的時(shí)間為30-100分鐘，所述一級(jí)球磨時(shí)球磨罐的公轉(zhuǎn)速度為50-600轉(zhuǎn)/分鐘，自轉(zhuǎn)速度為50-500轉(zhuǎn)/分鐘；所述二級(jí)球磨的時(shí)間為10-200分鐘，所述二級(jí)球磨時(shí)球磨罐的公轉(zhuǎn)速度為50-600轉(zhuǎn)/分鐘，自轉(zhuǎn)速度為50-500轉(zhuǎn)/分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述電極漿料為鋰離子電池的正極漿料、鋰離子電池的負(fù)極漿料，鋅二次電池的正極漿料或鋅二次電池的負(fù)極漿料。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述球磨罐的個(gè)數(shù)為2-6個(gè)，所述每個(gè)球磨罐分別獨(dú)立地裝有鋰離子電池的正極漿料、鋰離子電池的負(fù)極漿料、鋅二次電池的正極漿料或鋅二次電池的負(fù)極漿料。
9.根據(jù)權(quán)利要求2、3、5或6所述的方法，其中，所述研磨球的個(gè)數(shù)為10-3000個(gè)/千克組成電極漿料的物料。
10.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述研磨球包括直徑為1-8毫米、8-15毫米和15-100毫米的研磨球，三種研磨球的個(gè)數(shù)比為500-2000∶50-200∶1。
全文摘要
一種電極漿料的混合方法，該方法包括將組成電極漿料的物料放入混合器中進(jìn)行混合，其中，所述混合器為行星式球磨機(jī)。用本發(fā)明提供的電極漿料混合方法能夠有效提高電池的大電流放電性能、容量和循環(huán)性能，并極大地縮短了電極漿料的混合時(shí)間，大大提高了勞動(dòng)效率。
文檔編號(hào)B01F9/00GK1986067SQ20051013468
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者王建軍, 渠冰, 杜顯忠, 李亞賓 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司