[发明专利]一种锡粉掺杂锂电池负极浆料的制备方法

说明书

技术领域

本专利涉及锂离子电池领域，具体为一种纳米锡粉掺杂锂电池负极浆料的制备方法。

背景技术

目前随着全球性石油资源紧缺与气候环境的不断恶化，人类社会发展面临着严峻的挑战。发展清洁节能的新能源汽车受到世界各国的高度重视。新能源汽车的发展，关键在其动力电源。锂离子电池具有能量密度大、自放电小、无记忆效应、工作电压范围宽、使用寿命长、无环境污染等优点，是目前新能源汽车主要的动力电源。

锂离子电池的飞速发展主要是得益于电极材料的贡献，特别是负极材料的进步。目前商业化锂离子电池负极材料采用的是石墨类碳材料，具有较低的锂嵌入/脱嵌电位、合适的可逆容量且资源丰富、价格低廉等优点，是比较理想的锂离子电池负极材料。石墨类碳材料，具有较低的锂嵌入/脱嵌电位、合适的可逆容量且资源丰富、价格低廉等优点，是比较理想的锂离子电池负极材料。但其理论比容量只有372mAh/g，因而限制了锂离子电池比能量的进一步提高，不能满足日益发展的高能量便携式移动电源的需求。

金属锡具有高的储锂容量（994mAh/g）和低的锂离子脱嵌平台电压等优点，是一种极具发展潜力的非碳负极材料。近年来人们对这类材料开展了广泛的研究，并取得了一定的进展。但在可逆储锂过程中，金属锡体积膨胀显著，导致循环性能变差，容量迅速衰减，因此难以满足大规模生产的要求。为此，通过引入碳等非金属元素，以合金化或复合的方式来稳定金属锡，减缓锡的体积膨胀。

锂离子电池一般包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔膜。正极极片包括正极集流体和涂布在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和涂布在负极集流体上的负极膜片。电极极片制备时，首先将活性物质（如钴酸锂、石墨等）、导电剂（如乙炔黑，碳纳米管、碳纤维等）、粘接剂（如聚偏氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液等）和溶剂（如N-甲基吡咯烷酮、水等）一起制成电极浆料，再将其按要求涂覆在集流体表面，然后进行干燥，得到电池极片。

其中电极浆料的性能对锂离子电池的性能有着重要的影响。电极浆料中各组分分散得越均匀，极片便具有越好的加工性能，且电极各处的阻抗分布均匀，在充放电时活性物质的作用可以发挥得越大，其平均克容量发挥将会有所提升，从而提升全电池的性能。

实际应用上，传统的负极浆料制备方法是将导电剂用增稠剂溶液进行高转速的双行星式分散，然后加入负极活性物质，进行一定时间的搅拌后，再加入粘结剂经行短时间搅拌得到最终负极浆料。此种方法首先对导电剂的分散需要长时间处理，耗时长且分散状态并不理想，尤其是对于采用碳纳米管（CNT）、石墨烯等为导电剂的浆料制备；其次传统工艺需要在浆料制备过程中，对搅拌体系一直保持抽真空状态，造成浆料体系内部温度易升高，同时又在外部加循环水进行冷却，因此对设备的要求和磨损都很高。以上导致浆料制备效率低、稳定性差、效果不理想，对后续极片的制备、锂电池的性能都会造成影响。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种锡粉掺杂锂电池负极浆料的制备方法，以实现在较短时间内对浆料各组分，尤其是纳米锡粉均匀分散，其制备出的浆料均匀性好，稳定性优异，同时其制备的电池极片粘附力和克容量得到了提高，并因此提高电池的能量密度及循环稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

1、增稠剂溶液制备：将增稠剂羧甲基纤维素钠（CMC）按一定比例加入去离子水溶剂中，用搅拌机溶解均匀，取出备用，时间为60～100分钟；

2、分散粉体：将负极活性物质、纳米锡粉、导电剂按比例加入搅拌桶搅拌分散，时间为30～40分钟，并在时间1/2和结束时，刮搅拌桨和桶体上的粉体；

3、高粘度搅拌：加入增稠剂溶液总量的55%～60%到上述搅拌后的粉体中，搅拌分散，时间为60～70分钟，并在时间1/3、2/3和结束时，刮搅拌桨和桶体上的浆料，浆料温度控制在25～35℃之间；

4、低粘度搅拌：加入增稠剂溶液总量的35～30%到上述高粘度搅拌后的浆料中，搅拌分散，时间为60～70分钟，并在时间1/3、2/3和结束时，刮搅拌桨和桶体上的浆料，浆料温度控制在25～35℃之间；

5、粘度测试：将上述步骤低粘度搅拌的浆料粘度进行粘度测试，如在正常范围2000～5000Mpa·S，直接进入下一步；如超过上述范围，则添加增稠剂溶液总量的5%～10%，再搅拌分散，时间为30～40分钟，并在时间1/2和结束时，刮搅拌桨和桶体上的浆料，再检测一次浆料粘度，达到粘度范围要求即可进入下一步；