本發(fā)明屬于鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種負(fù)極漿料、其捏合方法及用途，尤其涉及一種負(fù)極漿料、其捏合方法及用于制造鋰離子電池的用途。

背景技術(shù)：

鋰離子電池具有能量密度大、放電平臺高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于手機、相機、筆記本電腦等領(lǐng)域，同時也開始應(yīng)用于電動自行車、電動汽車等動力電池領(lǐng)域。

漿料的制備是鋰電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵工序，漿料混合的均勻程度直接關(guān)系到后續(xù)各工序的制備工藝及電池性能。負(fù)極漿料一般包含有負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑等。傳統(tǒng)的漿料制備方法是(1)首先粘合劑與部分溶劑混勻，(2)然后將負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑混合均勻，得到混合漿料，(3)再將粘合劑與溶劑的混合物加入到步驟(2)的混合漿料中，進行捏合，捏合到一定程度后，將剩余溶解的粘合劑和剩余的溶劑加入其中進行最后的攪拌分散，得到適用于涂布的漿料。但是，所述傳統(tǒng)方法存在以下缺點：(1)溶解后的粘合劑加入由負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑組成的混合漿料后，由于水與導(dǎo)電劑極易親和，導(dǎo)致水先被導(dǎo)電劑吸收，而粘合劑單獨析出成團，需要重新分散，極大地加大了分散難度，增加了分散時間。(2)粘合劑成團后，分散不完全，導(dǎo)致在漿料轉(zhuǎn)移至涂布的過程中，堵塞過濾網(wǎng)或在涂布過程中出現(xiàn)大顆?；蛟谀雺簳r出現(xiàn)粘棍不良。(3)粘合劑分散不完全，導(dǎo)致涂布后某區(qū)域活性物質(zhì)減少，使其余區(qū)域的粘合劑減少，降低涂布后粘接強度；粘合劑分散不完全還會導(dǎo)致負(fù)極對正極在未分散區(qū)域N/P比不夠，存在安全風(fēng)險。

為解決以上問題，目前普遍采用了新的合漿工藝大致流程如下：先將導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)進行預(yù)混合得到粉體混合物，然后向混合物中加入粘結(jié)劑溶液攪拌，最后制得漿料。此工藝已經(jīng)越來越多的得到應(yīng)用。然而，采用粉料預(yù)混合的方法，在漿料的制備初期出現(xiàn)大量分粉塵飛揚，一方面對環(huán)境及人員產(chǎn)生不量影響，另一方面由于粉塵飛揚造成的粉體損失也影響了漿料的一致性。

現(xiàn)有技術(shù)中比較常用的捏合攪拌方法中，雖然解決了粉塵飛揚帶來環(huán)境污染的問題，但是，仍普遍存在著粘合劑分散不均的問題，以及由于粘合劑分散不良而引發(fā)的漿料應(yīng)用過程中產(chǎn)生問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)極漿料、其捏合方法及用途。本發(fā)明的新型捏合方法極大的降低了攪拌時間，避免了溶劑先與導(dǎo)電劑親和而導(dǎo)致粘合劑重新成團、分散不均以及分散不均帶來的一系列問題，制備得到的負(fù)極漿料的分散性非常好。

為達上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種負(fù)極漿料的捏合方法，所述方法包括以下步驟：

(1)取負(fù)極活性物質(zhì)粉體材料、導(dǎo)電劑、粘合劑和溶劑；

(2)將負(fù)極活性物質(zhì)粉體材料和導(dǎo)電劑混合均勻，得到混合粉料；

(3)向步驟(2)得到的混合粉料中加入20～40％的溶劑，進行捏合；

(4)向步驟(3)捏合得到的粘合漿料中加入粘合劑及剩余的溶劑，攪拌分散，得到負(fù)極漿料。

本發(fā)明中，步驟(3)所述20～40wt％的溶劑是指：步驟(3)加入的溶劑的質(zhì)量占步驟(1)取的溶劑的質(zhì)量的20～40％，例如可為20％、25％、28％、30％、33％、35％、37％、39％或40％等。

本發(fā)明中，通過先將負(fù)極活性物質(zhì)粉體材料和導(dǎo)電劑混合，然后加入20～40wt％的溶劑進行捏合，最后再加入粘合劑和剩余的溶劑，可以制備得到分散性非常好的負(fù)極漿料，避免了溶劑先與導(dǎo)電劑親和而導(dǎo)致粘合劑重新成團、分散不均的問題，也解決了粘合劑分散不均所引發(fā)的一系列問題。

本發(fā)明中，先用20～40wt％的溶劑與負(fù)極活性物質(zhì)粉體材料和導(dǎo)電劑的混合物進行捏合，可以在粉料的表面形成一層薄膜，加大粘合劑的粘接效果。

優(yōu)選地，所述粘合劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)、丁苯橡膠(SBR)或水性粘合劑中的任意一種或至少兩種的組合，優(yōu)選為CMC和SBR的組合，或者水性粘合劑。

優(yōu)選地，所述水性粘合劑為LA體系粘合劑，例如LA132和/或LA133。

本發(fā)明中，所述“LA132和/或LA133”指：可以是LA132，也可以是LA133，還可以是LA132和LA133的混合物。

優(yōu)選地，當(dāng)所述粘合劑為羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠的組合時，所述步驟(4)的具體步驟為：向步驟(3)捏合得到的粘合漿料中加入丁苯橡膠、用30～50wt％的溶劑溶解的羧甲基纖維素鈉以及剩余的溶劑，攪拌分散，得到負(fù)極漿料。此種情況下的步驟(4)中，步驟(4)使用的溶劑為：步驟(1)取的溶劑總量減去步驟(3)加入的20～40wt％的溶劑以及溶解羧甲基纖維素鈉用掉的30～50wt％的溶劑之后剩余的溶劑，即步驟(4)中所述剩余的溶劑的質(zhì)量占步驟(1)取的溶劑質(zhì)量的10～50wt％。

本發(fā)明中，溶解羧甲基纖維素鈉使用的溶劑的質(zhì)量占步驟(1)取的溶劑的質(zhì)量的30～50％，例如可為30％、33％、35％、37％、40％、42％、44％、46％、48％或50％等。

優(yōu)選地，當(dāng)所述粘合劑為羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠的組合時，所述羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠的質(zhì)量比為(2～1):(1～2)，例如2:1、2:1.2、2:1.5、1:1、1:1.5、1:2等，優(yōu)選為1:1。

優(yōu)選地，當(dāng)所述粘合劑為水性粘合劑時，所述步驟(4)的具體步驟為：向步驟(3)得到的粘合漿料中加入水性粘合劑以及剩余的溶劑，攪拌分散，得到負(fù)極漿料。此種情況下的步驟(4)中，步驟(4)使用的溶劑為：步驟(1)取的溶劑總量減去步驟(3)加入的20～40wt％的溶劑之后剩余的溶劑，即剩余的溶劑的質(zhì)量占步驟(1)取的溶劑質(zhì)量的60～80wt％。

優(yōu)選地，所述負(fù)極活性物質(zhì)粉體材料包括人造石墨、天然石墨或鈦酸鋰中的任意一種或至少兩種的混合物，但并不限于上述列舉的負(fù)極活性物質(zhì)粉體材料，其他本領(lǐng)域常用的負(fù)極活性物質(zhì)粉體材料也可用于本發(fā)明。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)電劑包括碳黑(Super-P,SP)、導(dǎo)電石墨(KS-6)或乙炔黑中的任意一種或至少兩種的混合物，但并不限于上述列舉的導(dǎo)電劑，其他本領(lǐng)域常用的導(dǎo)電劑也可用于本發(fā)明，優(yōu)選為碳黑。

優(yōu)選地，步驟(1)所述負(fù)極活性物質(zhì)粉體材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的質(zhì)量比為(90～97):(1～5):(2～5)。

優(yōu)選地，所述溶劑為H₂O、乙醇或丁苯膠乳中的任意一種或至少兩種的混合物。

優(yōu)選地，所述步驟(3)為：向步驟(2)得到的混合粉料中加入30wt％的溶劑，進行捏合。

本發(fā)明中，步驟(3)得到的粘合漿料的固含量為70～90wt％，例如可為70wt％、73wt％、76wt％、80wt％、82wt％、85wt％、88wt％或90wt％等。

第二方面，本發(fā)明提供如第一方面所述方法捏合得到的負(fù)極漿料。

為了表征本發(fā)明方法制備的漿料的分散性，采用以下測試方法進行測試：

由于捏合過程以及后續(xù)的分散過程均發(fā)生在捏合攪拌機(捏合攪拌機的反應(yīng)罐實物圖參見圖1)中，因而可以在反應(yīng)罐中選定幾個不同的取料區(qū)域，測試這幾個區(qū)域的固含量參數(shù)，來表征均勻性。

示例性地，參照標(biāo)記有取料區(qū)域(中間區(qū)域、邊緣區(qū)域、下部取料口區(qū)域和取料口對應(yīng)區(qū)域)的反應(yīng)罐示意圖參見圖2，測試如下參數(shù)有：(1)針對CMC+SBR體系(例如實施例1和實施例3)，測試捏合后得到的粘合漿料在各個取料區(qū)域分別的固含量、第一攪拌分散后得到的漿料在各個取料區(qū)域分別的固含量，以及第二攪拌分散后得到的負(fù)極漿料在各個取料區(qū)域分別的固含量。(2)針對LA體系(例如實施例2、實施例4、實施例5和實施例6)，測試捏合后得到的粘合漿料在各個取料區(qū)域分別的固含量、攪拌分散后得到的負(fù)極漿料在各個取料區(qū)域分別的固含量。

第三方面，本發(fā)明提供一種如上所述的負(fù)極漿料的用途。

所述用途之一為提供一種采用如第二方面所述負(fù)極漿料制備得到的負(fù)極。

所述用途之二為提供一種包含如上所述的負(fù)極的鋰離子電池。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明中，通過先將負(fù)極活性物質(zhì)粉體材料和導(dǎo)電劑混合，然后加入20～40wt％的溶劑進行捏合，最后再加入粘合劑和剩余的溶劑，可以制備得到分散性非常好的負(fù)極漿料，避免了溶劑先與導(dǎo)電劑親和而導(dǎo)致粘合劑重新成團、分散不均的問題。

(2)本發(fā)明的新型捏合方法極大的降低了攪拌時間，本發(fā)明的負(fù)極漿料的制備過程中，混合、捏合及分散的總時間在235min以下，生產(chǎn)周期短，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，而且得到的負(fù)極漿料的分散性好，解決了粘合劑分散不良帶來的一系列問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明捏合及分散攪拌使用的捏合機的反應(yīng)罐的實物圖；

圖2是標(biāo)記有取料區(qū)域的反應(yīng)罐的示意圖，其中，1代表中間區(qū)域，2代表邊緣區(qū)域，3代表下部取料口區(qū)域，4代表取料口對應(yīng)區(qū)域。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明中，質(zhì)量單位“kg”可替換為“g”、“斤”和“噸”等質(zhì)量單位。

實施例1

(1)稱取350kg人造石墨、3.56kg導(dǎo)電劑SP、16.31kg粘合劑CMC(固含量：92％)、14.97kg粘合劑SBR(固含量:48.5％)和404kg溶劑；

(2)用30wt％(121.2kg)的溶劑將CMC溶解，得到溶解的CMC；

(3)將人造石墨和導(dǎo)電劑SP混合15min，得到均勻的混合粉料；

(4)向步驟(3)得到的混合粉料中加入40wt％(161.6kg)的溶劑，進行捏合70min，得到粘合漿料；

(5)向步驟(4)得到的粘合漿料中加入步驟(2)得到的溶解的CMC和剩余的30wt％(121.2kg)的溶劑，進行第一攪拌分散120min；

(6)加入SBR，進行第二攪拌分散30min，得到負(fù)極漿料。

對本實施例得到的負(fù)極漿料進行測試，測試結(jié)果見表1和表2。

實施例2

(1)稱取350kg人造石墨、3.56kg導(dǎo)電劑SP、50kg LA133(固含量15％)和300kg溶劑；

(2)將人造石墨和導(dǎo)電劑SP混合15min，得到均勻的混合粉料；

(3)向步驟(2)得到的混合粉料中加入40wt％(120kg)的溶劑，進行捏合70min，得到粘合漿料；

(4)向步驟(3)得到的粘合漿料中加入LA133以及剩余的60wt％的溶劑，進行攪拌分散120min，得到負(fù)極漿料。

對本實施例得到的負(fù)極漿料進行測試，測試結(jié)果見表1和表2。

對比例1

對比例1為CN 104835938 A的實施例1。

本對比例的漿料制備過程中攪拌時間長，為360min。

表1

表2

圖注：其中中間區(qū)域1、中間區(qū)域2和中間區(qū)域3表示在中間區(qū)域測量了三次，以表示結(jié)果的準(zhǔn)確性；同理地，其他取料區(qū)域后綴的1、2、3或者1、2也代表在同一取料區(qū)域進行多次測量。

通過表2可以看出，在同一區(qū)域(中間區(qū)域、邊緣區(qū)域、下部取料口區(qū)域或取料口對應(yīng)區(qū)域中的任意一個)進行多次測量得到的各種漿料(捏合得到的粘合漿料、第一攪拌分散得到的漿料或第二攪拌分散得到的負(fù)極漿料中的任意一個)的固含量數(shù)值相差很小，在0.53wt％以內(nèi)，而且這四個區(qū)域內(nèi)同一漿料(捏合得到的粘合漿料、第一攪拌分散得到的漿料或第二攪拌分散得到的負(fù)極漿料中的任意一個)的固含量差別也非常小，捏合得到的粘合漿料在四個區(qū)域的固含量差值在0.92wt％以內(nèi)；第一攪拌分散得到的漿料在四個區(qū)域的固含量差值在0.42wt％以內(nèi)；第二攪拌分散得到的負(fù)極漿料在四個區(qū)域的固含量差值在1.25wt％以內(nèi)，說明本發(fā)明捏合得到的粘合漿料、中間步驟分散得到的漿料以及最終的負(fù)極漿料的均勻性都特別好。

申請人聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細方法才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。