[发明专利]一种锂离子电池负极浆料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种锂离子电池负极浆料及其制备方法。该负极浆料包括以下重量份的原料：负极活性物质96~98份，导电剂0~1份，增稠剂0~1份，粘结剂1~2份，溶剂60~250份；粘结剂为同时具备至少一种亲水单元和至少一种亲油单元的直链多元共聚物；亲水单元为‑CH₂C(R¹)(R²)‑，其中R¹为‑H或烷基，R²为羧基、羧基盐、酰胺基、磺酸基或磺酸盐；亲油单元为‑CH₂C(R³)(R⁴)‑，其中R³为‑H或烷基，R⁴为‑CN、‑C₆H₅或酯基。本发明的负极浆料在保证浆料悬浮稳定性和极片粘接性的前提下，能提高负极活性物质比例；本发明的制备方法能提高负极浆料的固含量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极浆料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池自上世纪面世以来，在近十年内得到了大规模的应用。目前常用的锂离子电池主要由具备脱嵌锂特性的金属氧化物正极、石墨负极、电解液和隔膜组成。对于上述锂离子电池，在其制造过程中，通常包括制浆、制片、组装、活化几个重要步骤。在实际生产中，制浆作为锂离子电池制造的第一步工序，决定了其性能的高低与质量的优劣。

在现有的负极制浆技术路线中，通常采用羧甲基纤维素钠(CMC)作为增稠剂，利用CMC的水溶性及其稀溶液中高分子链段的位阻效应来实现负极材料在水中的悬浮，此外，CMC链段上疏水性的烃基与常用的负极材料石墨之间有很好的亲和作用，在上述基础上，实现了负极浆料的良好稳定性。但是由于CMC本身不具备良好的粘接性能，无法满足电极制片需求，所以在实际的生产中，CMC需要与一些粘结剂配合使用，用于将极片中的活性物质、导电剂、集流体等粘结在一起以防止脱落，并使活性物质与导电剂更好地接触以形成良好的导电网络。现有技术方案中与CMC配合的粘结剂通常为丁二烯-苯乙烯橡胶(SBR)。在制浆过程中，将负极活性材料、导电剂、CMC、SBR加入到纯水中进行高速分散，混合均匀后得到负极浆料，然后进入后续制造工序中进行锂离子电池的制造。

例如，申请号为CN201510949141.2的中国专利文献公开了一种锂离子电池负极浆料及其制备方法，该负极浆料主要由活性物质石墨炔、导电炭黑Super P、增稠剂CMC、粘结剂SBR、NMP和去离子水组成；石墨炔、Super P、CMC、SBR溶液(固含量50％)、NMP和去离子水的质量比为95:(0.8～2):(1.0～2):(4～7):(5～8):(110～120)。该负极浆料的制备方法工艺步骤如下：(1)首先将CMC和NMP混合加入行星搅拌机中慢速搅拌，搅拌完成后再加入去离子水高速搅拌，CMC溶液搅拌完成后过200目筛静置8～12h；(2)然后将Super P和CMC溶液混合加入到行星搅拌机中高速搅拌，接着加入石墨炔高速搅拌，再加入SBR高速搅拌，最后加入少量去离子水搅拌调节负极浆料粘度至2000～7000mpa.s，固含量40％～50％，浆料过150～200目筛。

然而，这种CMC和SBR的体系也存在一些问题：(1)CMC和SBR本身不具备良好的离子电导率和电子电导率，因此加入到负极片中后会影响锂离子电池的电化学性能，造成不可避免的内阻上升、倍率性能下降；(2)SBR是一种聚合物乳液，在负极浆料中不能起到悬浮作用，而CMC是一种增稠剂，在负极片中无法有效地起到粘接作用，因此，为了同时达到浆料的悬浮稳定性与极片的粘接性能要求，CMC与SBR需要增加到足够的比例，这一比例通常需达到3.5％～6％，其中，CMC的添加量通常为1.0％～2.0％，常规使用量为1.5％或1.3％，SBR的添加量通常为2.0％～3.0％，常规使用量为2.5％，而如此高的CMC、SBR添加量将严重压缩负极活性物质的比例，造成锂离子电池能量密度的下降。