一种电极浆料的制备方法、电极浆料和负极极片与流程

本申请涉及二次电池领域，具体涉及一种电极浆料的制备方法、电极浆料和负极极片。

背景技术：

1、负极极片是通过将含有负极活性物质的负极浆料涂覆在集流体表面再经干燥得到，电极浆料的性能会直接影响二次电池的性能，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和电化学性能。目前，负极活性物质常采用石墨和硬碳，与石墨相比，硬碳具有更大的层间距和更丰富的孔隙结构，以及优异的安全性、倍率特性和低温性能，有利于其在二次电池中的应用。

2、然而，以硬碳作为负极活性物质时，无论是采用湿法匀浆制备工艺还是干法匀浆制备工艺，都会出现如下问题：由于硬碳的分散性差，浆料在匀浆过程难以均匀分散，一方面浆料的流变不均一，使得浆料经涂覆和干燥后出现竖向条纹，活性材料层的厚度不均匀；另一方面浆料中存在微气泡，浆料经涂覆和干燥后容易出现针孔，导致极片各处的阻抗分布不均匀。

3、因此，有必要提供一种新的电极浆料的制备方法，以提高硬碳体系负极浆料的分散均匀性，形成组分分布均匀、粘度适中且具有良好稳定性的电极浆料。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种电极浆料的制备方法，该制备方法通过分步混合使羧甲基纤维素盐能够充分包裹在硬碳表面，从而形成组分分布均匀、粘度适中且具有良好稳定性的电极浆料。

2、本申请第一方面提供了一种电极浆料的制备方法，包括以下步骤：

3、将羧甲基纤维素盐分散到水中得到增稠胶液；

4、将所述增稠胶液分至少三次加入碳材料中混合得到分散体，所述碳材料包括硬碳，所述硬碳的粒径d50为1μm～10μm；所述至少三次加入包括第一次加入、第二次加入和第三次加入，所述第一次加入后进行第一混合使所述碳材料形成平均粒径为2mm～5mm的球状颗粒；

5、将所述分散体与粘结剂溶液混合，得到电极浆料。

6、本申请的制备方法中，羧甲基纤维素盐起到增稠和稳定作用，将增稠胶液分步加入到碳材料有利于促进分散体中各组分的充分捏合，并缩短分散时间；第一次加入增稠胶液时控制硬碳分散成小球状是均匀分散的关键步骤，在第一次加入增稠胶液时，羧甲基纤维素分子逐步与硬碳表面含氧官能团缠绕，并包裹在碳材料颗粒表面，碳材料颗粒之间由于静电作用力而相互排斥，肉眼可见到小球状，小球状的碳材料为后续增稠胶液的混合奠定良好基础，使得羧甲基纤维素分子能够与硬碳颗粒官能团高度结合，颗粒间的分子交联结合紧密，从而提高硬碳的分散质量，在保证浆料良好均匀分散性和稳定性同时，满足负极浆料涂布要求。

7、可选地，所述羧甲基纤维素盐包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、羧甲基纤维素镁或羧甲基纤维素锂中的一种或多种。

8、可选地，所述第一次加入中，所加增稠胶液的质量占增稠胶液总质量的20％～35％；所述第二次加入中，所加增稠胶液的质量占增稠胶液总质量的30％～45％；所述第三次加入中，所加增稠胶液的质量占增稠胶液总质量的30％～45％。控制第一混合、第二混合和第三混合中增稠胶液的添加量可以促进硬碳的有效分散。

9、可选地，所述第二次加入后进行第二混合，所述第三次加入后进行第三混合，所述第一混合、所述第二混合、所述第三混合的公转速度独立地为15rpm～45rpm；所述第一混合、所述第二混合、所述第三混合的自转速度独立地为200rpm～2000rpm；所述第一混合、所述第二混合、所述第三混合的时间独立地为5min～50min。由于羧甲基纤维素分子主要是通过碳氧键结合，控制第一混合、第二混合和第三混合的混合速度可以调节浆料混合的剪切力，维持羧甲基纤维素分子链与硬碳表面含氧官能团之间稳固的成键，形成有效的交联。

10、可选地，所述羧甲基纤维素盐的粒径d50为70μm～90μm。

11、可选地，所述羧甲基纤维素盐在所述增稠胶液中的质量百分含量为1.0％～20％。

12、可选地，所述增稠胶液的总质量与所述碳材料的质量之比为1：(1～1.5)。

13、可选地，所述粘结剂溶液包括丁苯橡胶，所述丁苯橡胶在所述粘结剂溶液中的质量百分含量为40％～48％；所述粘结剂溶液与所述分散体混合的公转速度为20rpm～40rpm，所述粘结剂溶液与所述分散体混合的自转速度为800rpm～1500rpm。

14、可选地，所述粘结剂溶液与所述分散体混合时间为20min～40min。

15、可选地，所述碳材料还包括炭黑和碳纳米纤维，所述硬碳、所述炭黑和所述碳纳米纤维的质量比为100：(0.2～3)：(0.02～0.3)。

16、可选地，所述碳材料的制备方法包括：将所述硬碳、所述炭黑和所述碳纳米纤维进行干混搅拌，所述干混搅拌的公转速度为15rpm～40rpm，所述干混搅拌的自转速度为800rpm～1600rpm。

17、第二方面，本申请提供了一种电极浆料，该电极浆料采用如第一方面所述的电极浆料的制备方法制得。

18、可选地，所述电极浆料的粘度为2000mpa·s～5000mpa·s。

19、第三方面，本申请提供了一种负极极片，该负极极片采用如第二方面所述的电极浆料制得。

技术特征：

1.一种电极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一次加入中，所加增稠胶液的质量占增稠胶液总质量的20％～35％；所述第二次加入中，所加增稠胶液的质量占增稠胶液总质量的30％～45％；所述第三次加入中，所加增稠胶液的质量占增稠胶液总质量的30％～45％。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第二次加入后进行第二混合，所述第三次加入后进行第三混合，所述第一混合、所述第二混合、所述第三混合的公转速度独立地为15rpm～45rpm；所述第一混合、所述第二混合、所述第三混合的自转速度独立地为200rpm～2000rpm；所述第一混合、所述第二混合、所述第三混合的时间独立地为5min～50min。

4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述羧甲基纤维素盐在所述增稠胶液中的质量百分含量为1.0％～20％。

5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述增稠胶液的总质量与所述碳材料的质量之比为1：(1～1.5)。

6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂溶液包括丁苯橡胶，所述丁苯橡胶在所述粘结剂溶液中的质量百分含量为40％～48％；所述粘结剂溶液与所述分散体混合的公转速度为20rpm～40rpm，所述粘结剂溶液与所述分散体混合的自转速度为800rpm～1500rpm。

7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料还包括炭黑和碳纳米纤维，所述硬碳、所述炭黑和所述碳纳米纤维的质量比为100：(0.2～3)：(0.02～0.3)。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料的制备方法包括：将所述硬碳、所述炭黑和所述碳纳米纤维进行干混搅拌，所述干混搅拌的公转速度为15rpm～40rpm，所述干混搅拌的自转速度为800rpm～1600rpm。

9.一种电极浆料，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的电极浆料的制备方法制得。

10.一种负极极片，其特征在于，采用如权利要求9所述的电极浆料制得。

技术总结
本申请提供了一种电极浆料的制备方法、电极浆料和负极极片，包括以下步骤：将羧甲基纤维素盐分散到水中得到增稠胶液；将增稠胶液分至少三次加入碳材料中混合得到分散体，碳材料包括硬碳，硬碳的粒径D50为1μm～10μm；至少三次加入包括第一次加入、第二次加入和第三次加入，第一次加入后进行第一混合使碳材料形成平均粒径为2mm～5mm的球状颗粒；将分散体与粘结剂溶液混合，得到电极浆料。该制备方法通过分步混合使羧甲基纤维素盐能够充分包裹在硬碳表面，从而形成组分分布均匀、粘度适中且具有良好稳定性的电极浆料。

技术研发人员：陈跃,张灿灿,徐鹏,许会龙,赖健平
受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15