一種硅碳負(fù)極漿料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種硅碳負(fù)極漿料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池能量密度大，循環(huán)壽命長(zhǎng)，倍率性能和安全性能好，綠色環(huán)保，成為主要能源產(chǎn)品。隨著電子科技的飛速發(fā)展，電子和動(dòng)力產(chǎn)品越來(lái)越小型化和輕量化，鋰離子電池性能要求越來(lái)越高，尤其是鋰離子電池能量密度的要求，在不影響使用性能的同時(shí)，鋰離子電池要求具有更高的能量密度。人們?cè)谕ㄟ^(guò)不斷尋求和提高正極比容量的同時(shí)也在不斷尋求和提高負(fù)極比容量來(lái)提高鋰離子電池能量密度。
[0003]石墨類負(fù)極材料由于具有較好循環(huán)性能等自身優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)得到最廣泛的應(yīng)用，但石墨類負(fù)極材料儲(chǔ)鋰容量較低，且嵌鋰電位接近金屬鋰電位，高倍率充電困難且存在安全隱患。硅碳復(fù)合負(fù)極材料做為鋰離子電池負(fù)極材料的后來(lái)者，儲(chǔ)鋰容量較高，但導(dǎo)電性能和循環(huán)性能相對(duì)較差，主要為硅碳材料在高程度脫嵌條件下，存在體積效應(yīng)，導(dǎo)致充放電過(guò)程中材料與集流體的脫落，影響電池的循環(huán)性能，所以合理的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑以及漿料制備工藝對(duì)硅碳負(fù)極材料循環(huán)性能至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種硅碳負(fù)極漿料及其制備方法，要解決的技術(shù)問(wèn)題是找到合理的負(fù)極導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，以及楽料制備工藝，提高娃碳負(fù)極材料的循環(huán)性能。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0006]—種硅碳負(fù)極漿料及其制備方法，其特征是:一種硅碳負(fù)極漿料組分包括丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑、炭黑Super-p導(dǎo)電劑、單臂碳納米管懸浮乳液、硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料和去離子水。
[0007]—種娃碳負(fù)極楽料及其制備方法，其特征是:一種娃碳負(fù)極楽料制備方法的具體步驟是:
(1)丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑與去離子水加入行星攪拌機(jī)中攪拌，制備粘結(jié)劑溶液靜置備用；
(2)炭黑Super-p導(dǎo)電劑粉體與單臂碳納米管懸浮乳液放入行星球磨機(jī)中球磨濕混；
(3)混合好的兩種導(dǎo)電劑與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料放入行星攪拌機(jī)中進(jìn)行稠料攪拌；
(4)加入粘結(jié)劑溶液混合攪拌，最后加入去離子水?dāng)嚢枵{(diào)節(jié)負(fù)極漿料粘度，漿料過(guò)150-200 目篩。
[0008]上述的一種娃碳負(fù)極楽料制備方法，其特征在于:步驟(1)所述的丙稀腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑與去離子水以質(zhì)量比1:2~3加入，攪拌時(shí)間l~2h。
[0009]上述的一種娃碳負(fù)極楽料制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的炭黑Super-p導(dǎo)電劑粉體與單臂碳納米管懸浮乳液以質(zhì)量比1:55~56加入，攪拌時(shí)間l~2h。
[0010]上述的一種硅碳負(fù)極漿料制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的混合好的兩種導(dǎo)電劑與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料以質(zhì)量比1:1.8-1.9加入，攪拌時(shí)間l~2h。
[0011]上述的一種娃碳負(fù)極楽料制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的加入的粘結(jié)劑溶液與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料以質(zhì)量比1:1.3-1.4加入，攪拌時(shí)間2~3h，負(fù)極漿料粘度調(diào)節(jié)至2000~6000mpa.s。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
硅碳負(fù)極活性物質(zhì)采用硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料，導(dǎo)電劑采用炭黑Super-p摻入部分碳納米管導(dǎo)電劑，碳納米管導(dǎo)電劑與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料外層的碳結(jié)構(gòu)相似，兩者易于得到更好的連接，增加了負(fù)極材料的緊密程度，提高了負(fù)極材料的壓實(shí)密度和導(dǎo)電性能，有利于電池的循環(huán)性能提升。
[0013]導(dǎo)電劑采用炭黑Super-p摻入部分碳納米管導(dǎo)電劑，粘結(jié)劑采用丙烯腈多元共聚水分散液，碳納米管導(dǎo)電劑和丙烯腈多元共聚水分散液粘結(jié)劑具有較好的延展性，可以承受硅碳復(fù)合負(fù)極材料體積的反復(fù)膨脹與收縮，有利于提高材料的循環(huán)性能。
[0014]導(dǎo)電劑使用球磨機(jī)進(jìn)行球磨后再與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料稠打，最后與膠分散溶液混合攪拌?；旌喜牧铣泶蚩梢栽黾硬牧项w粒間的摩擦力，提高材料的混合均勻性，最后與粘結(jié)劑溶液混合攪拌，減少對(duì)膠體結(jié)構(gòu)的破壞，有利于楽料的加工性能。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為實(shí)施例中負(fù)極漿料制備20Ah_3.2V軟包電池循環(huán)性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:硅碳負(fù)極漿料組分包括丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑、炭黑Super-p導(dǎo)電劑、單臂碳納米管懸浮乳液、娃碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料和去離子水。
[0017]將固含量15.0±0.2%的丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑與去離子水以質(zhì)量比1:2~3加入行星攪拌機(jī)中攪拌l~2h，公轉(zhuǎn)速度10~20r/min，自轉(zhuǎn)速度為500~800r/min，
制備粘結(jié)劑溶液靜置備用。
[0018]將炭黑Super-p導(dǎo)電劑粉體與固含量0.2±0.01%的單臂碳納米管懸浮乳液以質(zhì)量比1:55~56放入行星球磨機(jī)中球磨濕混，公轉(zhuǎn)速度10~30r/min，自轉(zhuǎn)速度50~80r/min，球磨時(shí)間l~2h。
[0019]將混合好的兩種導(dǎo)電劑與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料以質(zhì)量比1:1.8~1.9放入行星攪拌機(jī)中進(jìn)行稠料攪拌，公轉(zhuǎn)速度10~15r/min，自轉(zhuǎn)速度為500~800r/min，攪拌時(shí)間1?2h0
[0020]再加入粘結(jié)劑溶液混合攪拌，加入的粘結(jié)劑溶液與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料質(zhì)量比為1:1.3~1.4，公轉(zhuǎn)速度10~20r/min，自轉(zhuǎn)速度為600~1000r/min，攪拌時(shí)間2~3h，最后加入去離子水?dāng)嚢枵{(diào)節(jié)負(fù)極漿料粘度至2000~7000mpa.s，固含量40~50%。漿料過(guò)150-200 目篩。
實(shí)施例
[0021]將固含量15.0±0.2%的丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑LA133 (成都茵地樂(lè)電源科技有限公司)25±0.005kg與去離子水62.5±0.005kg混合加入行星攪拌機(jī)(廣州紅運(yùn)混合設(shè)備有限公司HY-DLH(10L))中攪拌l~2h，公轉(zhuǎn)速度10~20r/min，自轉(zhuǎn)速度為500~800r/min,制備粘結(jié)劑溶液靜置備用。
[0022]將1 ± 0.005kg炭黑Super-p導(dǎo)電劑粉體(上海匯普工業(yè)化學(xué)品有限公司)與55 ± 0.005kg固含量0.2 ± 0.01%的單臂碳納米管懸浮乳液(歐洲OCSiAl公司TUBALLSWCNT)平均混合放入行星球磨機(jī)(長(zhǎng)沙米淇?jī)x器設(shè)備有限公司MITR-QM-QX-100L)四個(gè)氧化招球磨罐中球磨濕混，氧化招球直徑3mm，球總質(zhì)量50±0.1kg，公轉(zhuǎn)速度20r/min，自轉(zhuǎn)速度60r/min，球磨時(shí)間2h。
[0023]取50.9±0.005kg混合好的兩種導(dǎo)電劑與96±0.005kg娃碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料混合放入行星攪拌機(jī)(廣州紅運(yùn)混合設(shè)備有限公司HY-DLH(200L))中進(jìn)行稠料攪拌，公轉(zhuǎn)速度15r/min，自轉(zhuǎn)速度為500r/min，攪拌時(shí)間lh。
[0024]再加入70 ±0.005kg粘結(jié)劑溶液混合攪拌，公轉(zhuǎn)速度20r/min，自轉(zhuǎn)速度為1000r/min，攪拌時(shí)間3h，最后加入0.490 ±0.005kg去離子水?dāng)嚢枵{(diào)節(jié)負(fù)極楽料粘度至6500mpa.s，固含量46%，漿料過(guò)150目篩，得到負(fù)極漿料。
[0025]使用該負(fù)極漿料匹配磷酸鐵鋰正極活性物質(zhì)制備20Ah_3.2V軟包鋰離子電池測(cè)試，電池重量比容量達(dá)到160~162Wh/kg，較傳統(tǒng)工藝使用石墨類負(fù)極材料制備20Ah-3.2V鋰離子電池重量比能量至少提高了 5%，且1C充放循環(huán)壽命保持2000次以上，循環(huán)性能曲線如圖1所示。
[0026]以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硅碳負(fù)極漿料及其制備方法，其特征是:一種硅碳負(fù)極漿料組分包括丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑、炭黑Super-p導(dǎo)電劑、單臂碳納米管懸浮乳液、娃碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料和去離子水。2.—種娃碳負(fù)極楽料及其制備方法，其特征是:一種娃碳負(fù)極楽料制備方法的具體步驟是: (1)丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑與去離子水加入行星攪拌機(jī)中攪拌，制備粘結(jié)劑溶液靜置備用； (2)炭黑Super-p導(dǎo)電劑粉體與單臂碳納米管懸浮乳液放入行星球磨機(jī)中球磨濕混； (3)混合好的兩種導(dǎo)電劑與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料放入行星攪拌機(jī)中進(jìn)行稠料攪拌； (4)加入粘結(jié)劑溶液混合攪拌，最后加入去離子水?dāng)嚢枵{(diào)節(jié)負(fù)極漿料粘度，漿料過(guò)150-200 目篩。3.如權(quán)利要求2所述的一種硅碳負(fù)極漿料制備方法，其特征在于:步驟(1)所述的丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑與去離子水以質(zhì)量比1:2~3加入，攪拌時(shí)間l~2h。4.如權(quán)利要求2所述的一種硅碳負(fù)極漿料制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的炭黑Super-p導(dǎo)電劑粉體與單臂碳納米管懸浮乳液以質(zhì)量比1:55~56加入，攪拌時(shí)間l~2h。5.如權(quán)利要求2所述的一種硅碳負(fù)極漿料制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的混合好的兩種導(dǎo)電劑與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料以質(zhì)量比1:1.8~1.9加入，攪拌時(shí)間l~2h。6.如權(quán)利要求2所述的一種硅碳負(fù)極漿料制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的加入的粘結(jié)劑溶液與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料以質(zhì)量比1:1.3-1.4加入，攪拌時(shí)間2~3h，負(fù)極楽料粘度調(diào)節(jié)至2000~6000mpa.s。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種硅碳負(fù)極漿料及其制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。該硅碳負(fù)極漿料組分包括丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑、炭黑Super-p導(dǎo)電劑、單臂碳納米管懸浮乳液、硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料和去離子水。該負(fù)極漿料制備方法是（1）丙烯腈多元共聚LA型水性電極粘結(jié)劑與去離子水加入行星攪拌機(jī)中攪拌，制備粘結(jié)劑溶液靜置備用；（2）炭黑Super-p導(dǎo)電劑粉體與單臂碳納米管懸浮乳液放入行星球磨機(jī)中球磨濕混；（3）混合好的兩種導(dǎo)電劑與硅碳/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料放入行星攪拌機(jī)中進(jìn)行稠料攪拌；（4）加入粘結(jié)劑溶液混合攪拌，最后加入去離子水?dāng)嚢枵{(diào)節(jié)負(fù)極漿料粘度，漿料過(guò)篩。
【IPC分類】B82Y40/00, B82Y30/00, H01M4/62, H01M4/38, H01M4/587, H01M10/0525, H01M4/36
【公開(kāi)號(hào)】CN105406039
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510737797
【發(fā)明人】關(guān)成善, 宗繼月, 張敬捧, 王勇, 李濤
【申請(qǐng)人】山東精工電子科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年11月3日