一种负极厚电极的浆料组合物及其制备方法和应用与流程

本发明属于负极材料，具体涉及一种负极厚电极的浆料组合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来新能源产业得到了迅速地发展，锂离子电池被广泛应用于乘用车、商用车以及储能领域，并在各个领域的消费需求实现快速增长，市场也对锂离子电池的能量密度、低温性能、快充性能、安全性和成本等方面提出了更高的要求，因此如何进一步提升电池的能量密度、生产效率以及电芯的安全性能，以及大幅度延长电池的使用寿命是众多学者研究的重点领域。

2、为实现上述目标，研究人员采取以下不同的技术方案，例如提高浆料配方中的活性物质的负载量、降低箔材的厚度、增加电极的厚度、提升电池浆料的固含量或提高浆料的涂布速度等，其均能够实现同样面积的集流体承载更多的电极活性材料的目的，进而提高电池的能量密度以及降低生产成本。然而，在采取上述措施后，在电极制造过程中则会出现以下问题：例如电极涂层发生开裂、极片的柔韧性变差或卷边或卷芯内圈极片产生打皱等，上述情况均会造成极片的制造合格率大幅度降低，电芯的质量也会降低，同时电池的生产效率下降，造成经济损失，制造成本也随之提高。

3、在锂电池极片的生产制造过程中，量产负极的涂布温度高达100℃以上，涂布的速度也高达20m/min以上，但会出现负极涂布开裂、电极涂层开裂、极片的柔韧性变差或卷边以及卷芯内圈极片打皱等情况。

4、现有技术通常采用在浆料中加入少量高沸点、难挥发的有机小分子液体作为增塑剂改善上述的涂布缺陷，进而提升负极极片的质量。例如可以加入的有机小分子液体包括n-甲基吡咯烷酮或碳酸乙烯酯，但是n-甲基吡咯烷酮的缺点为回收难度大，且排放后容易造成环境污染，并对人体有害；碳酸乙烯酯在常温下为固体结晶，沸点为248℃，容易在负极极片中残留，后期还会渗出或被电解液溶出，这对锂电池的倍率性能、循环性能和存储性能均会造成不良影响。此外，上述有机小分子液体的缺点还包括在被加入负极浆料后，仅在涂布烘烤的过程中能够发挥作用，并无法对负极浆料的性能起到改善作用。

5、因此，在本领域中，亟需开发一种负极浆料，其不仅具有良好的流动性且易于成型，同时制备得到的负极片在高温烘干后不发生开裂、卷边以及柔韧性变差等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种负极厚电极的浆料组合物及其制备方法和应用。本发明通过在负极厚电极的浆料组合物中加入改性硅油组合物水溶液，该组合物水溶液能够有效改善负极涂布工艺过程中的极片开裂和卷边现象，以此提高负极极片的制程优率，进而提升极片性能的一致性。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种负极厚电极的浆料组合物，所述浆料组合物按照质量百分比计包括如下组分：负极活性物质91.8％-98.9％、分散剂0.1％-2.2％、粘接剂0.5％-3％、导电剂0.4％-5％和改性硅油组合物水溶液0.1％-8.5％。

4、在本发明中，所述浆料组合物按照质量百分比计包括如下组分：负极活性物质91.8％-98.9％(例如可以为91.8％、92.2％、92.5％、93％、93.5％、94％、94.5％、95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.9％)、分散剂0.1％-2.2％(例如可以为0.1％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.2％)、粘接剂0.5％-3％(例如可以为0.5％、0.8％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％)、导电剂0.4％-5％(例如可以为0.4％、0.8％、1.2％、2％、3％、4％、5％)和改性硅油组合物水溶液0.1％-8.5％(例如可以为0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、8.5％)。

5、在浆料制备方面，本发明通过在负极厚电极的浆料组合物中加入改性硅油组合物水溶液，在匀浆过程中，其能够通过改性硅油来调节界面张力，改善负极活性物质与粘接剂的亲和力，并能够通过溶解与渗透以此降低分子间的作用力和负极活性物质的表面张力，进而增加了负极厚电极的浆料的柔韧性和流动性，便于浆料的涂覆成型。

6、在极片涂覆方面，在高面密度的极片涂布工艺过程中，改性硅油组合物水溶液的加入能够改善浆料在干燥过程中溶剂挥发的动力学过程，提高极片的耐高温烘干性能，减轻极片因不同区域烘干速度的不同造成的张力不均的情况，从而改善极片经过高温烘干后开裂、卷边以及柔韧性变差等问题。

7、优选地，所述改性硅油组合物水溶液按照质量百分比计包括如下组分：聚醚改性硅油5％-50％(5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％)、分散剂1％-10％(1％、2％、5％、7％、10％)、润湿剂1％-10％(1％、2％、5％、7％、10％)和去离子水44％-80％(44％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％)，优选为聚醚改性硅油30％-40％、分散剂5％-8％、润湿剂5％-8％和去离子水44％-60％。

8、在本发明中，通过调整上述各组分的质量百分比，可有效降低负极活性物质的表面张力，提高涂布性能，获得的外观均一的涂层，聚醚改性硅油的质量比过低，无法完全润湿活性物质表面；反之则会造成改性有机硅油在组合物溶解无法全部溶解。

9、在本发明中，通过采用上述特定质量比的改性硅油组合物水溶液，其中聚醚改性硅油的溶解和渗透，能够降低负极活性物质的表面张力，进而增加负极厚电极浆料的流动性，并有利于在集流体表面的流延成型，同时能够调节界面张力，改善负极活性物质与粘接剂的亲和力；分散剂能够增强聚醚改性硅油在去离子水中的溶解性；润湿剂与改性硅油组合物水溶液一同在匀浆过程中用来调节界面张力，改善负极活性物质与粘接剂的亲和力，在高面密度极片的涂布工艺中能够改善负极浆料在干燥过程中溶剂挥发的动力学过程，提高极片的耐高温烘干性能，减轻极片因不同区域烘干速度不同造成的张力不均的情况，从而改善极片经过高温烘干后开裂、卷边以及柔韧性变差等问题。

10、优选地，所述改性硅油包括聚醚改性硅油、烷基改性硅油、氨基改性硅油、苯基改性硅油、、羟基改性硅油、乙烯基改性硅油、烷氧基改性硅油、环甲基改性硅油或聚甲基苯基改性硅油中的任意一种或至少两种的组合。

11、优选地，所述聚醚改性硅油的表面张力(25℃)为5-25mn·m，例如可以为5mn·m、10mn·m、15mn·m、20mn·m、25mn·m、。

12、在本发明中，通过调整聚醚改性硅油的比表面张力，使得组合物能够充分润湿负极活性物质表面，有效降低活性物质表面张力，提高负极涂布性能，获得外观无橘皮，外观良好均一的电极涂层；表面张力过小则无法有效降低活性物质表面张力，浆料流动性差，负极电极涂布性能差，反之则造成负极浆料静态粘度稳定性变差，浆料易发生沉降。

13、优选地，所述分散剂为有机分散剂。

14、优选地，所述有机分散剂包括三乙基己基磷酸、甲基戊醇、十二烷基硫酸钠、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶或脂肪酸聚乙二醇酯中的任意一种或至少两种的组合。

15、在本发明中，使用上述有机分散剂，其具有增强改性有机硅油在去离子水中的溶解性的优势。

16、优选地，所述润湿剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丁二醇、聚乙二醇、聚丙二醇或聚丁二醇中的任意一种或至少两种的组合。

17、第二方面，本发明提供了一种制备根据第一方面所述的负极厚电极的浆料组合物的方法，所述方法包括以下步骤：

18、按照配方量将负极活性物质和导电剂进行一次混合，而后加入粘接剂、分散剂和溶剂，并进行二次混合，之后加入改性硅油组合物水溶液进行三次混合，得到所述负极厚电极的浆料组合物。

19、优选地，所述一次混合、二次混合和三次混合在搅拌下进行。

20、优选地，所述负极厚电极的浆料组合物的粘度为3000-10000mpa·s，例如可以为3000mpa·s、4000mpa·s、5000mpa·s、6000mpa·s、7000mpa·s、8000mpa·s、9000mpa·s、10000mpa·s。

21、在本发明中，通过调整负极厚电极的浆料组合物的粘度，使得浆料中的活性物质获得良好的分散，粘度过低则会使浆料发生沉降，反之则会造成浆料稳定性变差，厚电极涂布中面密度不稳定。

22、优选地，所述负极厚电极的浆料组合物的固含量为48％-66％，例如可以为48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、66％。

23、在本发明中，调整所述负极厚电极的浆料组合物的固含量，使得负极电极获得良好的烘干性能，固含量过低则会造成负极不易烘干，反之则会使浆料稳定性变差，厚电极涂布中面密度不稳定。

24、第三方面，本发明提供了一种负极厚电极，所述负极厚电极采用根据第一方面所述的负极厚电极的浆料组合物制备得到的。

25、第四方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极片、负极片、电解液和隔膜，所述负极片为根据第三方面所述的负极厚电极。

26、优选地，所述负极片的厚度为80-500μm，例如可以为80μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm。

27、本发明提供的负极厚电极制备得到的锂离子电池，其具有改善负极浆料和电极极片缺陷，提升厚电极的涂覆质量，改善电芯的存储和循环性能的优势。同时，其能够提高负极涂布速度50％以上，进而提升生产制造效率，并以水为溶剂，与负极体系有很好的相容性，对锂电池电化学性能无不良影响。

28、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

29、本发明提供了一种负极厚电极的浆料组合物，其加入改性硅油组合物水溶液，在匀浆过程中，其能够通过改性硅油来调节界面张力，改善负极活性物质与粘接剂的亲和力，并能够通过溶解与渗透以此降低分子间的作用力和负极活性物质的表面张力，进而增加了负极厚电极的浆料的柔韧性和流动性，便于浆料的涂覆成型。

30、在极片涂覆方面，在高面密度的极片涂布工艺过程中，改性硅油组合物水溶液的加入能够改善浆料在干燥过程中溶剂挥发的动力学过程，提高极片的耐高温烘干性能，减轻极片因不同区域烘干速度的不同造成的张力不均的情况，从而改善极片经过高温烘干后开裂、卷边以及柔韧性变差等问题。