用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料及制备方法与流程

本发明涉及一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料及制备方法，属于锂、钠离子二次电池。

背景技术：

1、目前锂、钠离子二次电池正负极极片制备方式如下：（1）将活性物质、导电剂和粘结剂在溶剂中分散制备浆料；（2）将浆料在铝箔、铜箔等集流体表面进行涂覆。匀浆阶段导电剂与活性物质的混合需要的时间较长（≥4h），增加匀浆阶段时间。此外，由于分散时间的限制使得匀浆过程中导电剂在浆料中分散不充分，使得后续涂布、辊压阶段出现导电剂的团聚，严重影响电池的性能。考虑到匀浆过程中导电剂分散性能较差，为了实现好的导电效果，通常要加入足量的导电剂，甚至还需要加入适量的分散剂来辅助导电剂的分散。导电剂作为非活性成分，过多的导电剂会降低电极材料中活性物质的占比，进而降低电池的能量密度。

2、为了提高导电剂的使用效果，现有专利在原有导电剂基础上进行了物理复合、包覆以及化学接枝等改性措施。改性后的导电剂在导电能力方面有了较大幅度的提升。但是改性后的导电剂在匀浆过程仍要耗费较长的时间来完成活性物质与导电剂这两类不同成分的均匀混合，显著影响匀浆的效率和增加电池制备的成本。基于此，现有专利也申请了通过制备复合导电浆料，通过液态导电浆料的使用来实现匀浆过程中导电剂的快速且均匀的分散。但是目前市售导电浆料的固含较低（通常低于8%），溶剂含量占据了92%以上，这在增加制备成本的同时也为长途运输带来了巨大的挑战。

3、鉴于此，本发明提供一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料及制备方法，创新性的通过预分散和二次分散的方式将导电剂与活性物质充分混合制备出了一种正（负）极复合型电极材料，该复合型电极材料包括活性物质与导电剂。所述方法制备的复合型电极材料在合浆过程中不需要再次添加导电剂，有效减少匀浆过程所需时间（≤1h）。不同于传统的电极材料，其中活性物质与导电剂在匀浆阶段的混合受分散时间的制约导致导电剂的实际添加量偏大（≥10%）。通过所述方法制备的复合型电极材料在导电剂添加量很低（≥2%）的情况下即可达到相同的效果，极大提高了活性物质在电极材料中的占比，进一步提升了电池的能量密度。本发明提供的复合型电极材料解决了传统导电剂粉末在匀浆阶段易团聚、耗时长等不足，也解决了使用液态导电浆料所面临的成本高、运输困难等问题，具有潜在的应用价值。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料及制备方法，通过复合型电极材料的设计解决匀浆过程中导电剂分散耗时长、分散不均以及添加量大等问题，有效提升电池的循环稳定性和能量密度。

2、本申请提供的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料及制备方法，所述复合型电极材料包括正（负）极活性物质与导电剂，采用如下的技术方案：

3、步骤1：将导电剂在溶剂中进行预分散；

4、步骤2：在导电剂分散完全的溶剂中加入正（负）极活性物质进行二次分散；

5、步骤3：将导电剂和活性物质混合均匀的浆料干燥得到固体粉末；

6、步骤4：对所得固体粉末进行粉碎细化。

7、所述步骤1中，导电剂为炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的混合。

8、所述步骤1中，溶剂为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丙酮、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、苯中的一种或几种的混合。

9、所述步骤1中，分散方式为高速搅拌、超声震荡、高速剪切、球磨、胶体磨、砂磨中的一种或几种的混合。

10、所述步骤1中，预分散时间为1-6 h。

11、目前商用的导电剂都普遍存在“团聚”问题，导致合浆阶段导电剂与活性物质在短时间内的混合效果不理想。本申请提供一种将导电剂在溶剂中进行预分散的方式，通过提供足量的溶剂介质实现导电剂在溶剂中的充分分散，减少后续阶段活性物质与导电剂这两种不同成分固体粉末混合而导致的接触不充分、分散不均匀的情况。此外，本申请提供的分散方式能在一定程度上减小导电剂自身的团聚问题，进一步提高合浆的效率。

12、所述步骤2中，正（负）极活性物质包括但不限于人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦炭、沥青焦炭、硅基负极、硅碳负极、硬碳、二维金属碳化物、二维金属氮化物、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂（ncm）、镍钴铝酸锂（nca）、钠基层状naxmo4（m=co、mn、v、fe等）。

13、所述步骤2中，二次分散方式为高速搅拌、超声震荡、高速剪切、球磨、胶体磨、砂磨、均质中的一种或几种的混合。

14、所述步骤2中，二次分散时间为1-12 h。

15、所述步骤2中，正（负）极活性物质与导电剂的比例为3:1-47:1。

16、导电剂自身的团聚以及与活性物质的不充分混合导致导电剂的利用率偏低（一部分导电剂没有发挥作用），使得导电剂的实际添加量偏大（≥10%）。本申请提供的预分散和二次分散相结合的方式提高了导电剂和活性物质的混合能力，提高了导电剂的利用效率。所述方法制备的复合型电极材料在导电剂添加量很低（≥2%）的情况下即可达到相同的效果，提高了活性物质在电极材料中的占比。

17、所述步骤3中，干燥方式为真空冷冻干燥、喷雾干燥、盘式干燥，气流干燥、闪蒸干燥、单层带式干燥、多层带式干燥、流化床干燥、滚筒刮板干燥、耙式干燥中的一种或几种的混合。

18、所述步骤3中，干燥后固体粉末中活性物质质量百分比为75-97.9％。

19、所述步骤4中，对干燥后的粉末进行细化粉碎的方式为振动磨、搅拌磨、球磨、机械冲击粉碎、气流粉碎中的一种或几种的混合。

20、微纳米粉体在干燥时容易发生团聚，导致干燥后的粉体颗粒偏大，影响了合浆以及极片涂布的质量和效率。本申请提供了一种细化粉碎方法，在保证导电剂和活性物质良好接触的前提下进一步减小粉体颗粒，保证了合浆的高效性和后续电极制备的质量。

21、本发明的有益效果：

22、本申请提供的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料及制备方法，通过预分散和二次分散方式将导电剂与活性物质进行了充分的混合，避免因导电剂分散不够彻底导致后续涂布、辊压阶段出现导电剂团聚现象。此外，通过本申请所述方法制备的复合型电极材料在匀浆过程中不需要再次加入导电剂，极大压缩了匀浆阶段时间。活性物质与导电剂的充分接触使得复合型电极材料中导电剂的含量需求低（≥2%），明显低于传统电极材料在匀浆阶段导电剂所需比例（≥10%），提升了活性物质在电极材料中的占比，有效提升电池的能量密度。

技术特征：

1.一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，导电剂为炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的混合。

3.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，溶剂为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丙酮、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、苯中的一种或几种的混合。

4.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，分散方式为高速搅拌、超声震荡、高速剪切、球磨、胶体磨、砂磨、均质中的一种或几种的混合。

5.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，预分散时间为1-6 h。

6.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，正（负）极活性物质包括但不限于人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦炭、沥青焦炭、硅基负极、硅碳负极、硬碳、二维金属碳化物、二维金属氮化物、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂（ncm）、镍钴铝酸锂（nca）、钠基层状naxmo4（m=co、mn、v、fe等）。

7.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，二次分散方式为高速搅拌、超声震荡、高速剪切、球磨、胶体磨、砂磨、均质中的一种或几种的混合。

8.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，二次分散时间为1-12 h。

9.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，正（负）极活性物质与导电剂的比例为3:1-47:1。

10.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，干燥方式为真空冷冻干燥、喷雾干燥、盘式干燥，气流干燥、闪蒸干燥、单层带式干燥、多层带式干燥、流化床干燥、滚筒刮板干燥、耙式干燥中的一种或几种的混合。

11.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，干燥后固体粉末中活性物质质量百分比为75-97.9％。

12.根据权利要求1所述的一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，对干燥后的粉末进行细化粉碎的方式为振动磨、搅拌磨、球磨、机械冲击粉碎、气流粉碎中的一种或几种的混合。

13.一种由权利要求1-12任一项所述的制备方法制得的电极材料，其特征在于：所述方法制备的复合型电极材料可以直接用于锂、钠离子二次电池正负极的合浆，不需要单独添加导电剂。

技术总结
本发明公开一种用于锂、钠离子二次电池的复合型电极材料及制备方法，该复合型电极材料包括正（负）极活性物质与导电剂。所述电极材料的制备方法包括以下步骤：1.将导电剂在溶剂中进行预分散；2.在导电剂分散完全的溶剂中加入正(负)极活性物质进行二次分散；3.将导电剂和活性物质混合均匀的浆料干燥得到固体粉末；4.对所得固体粉末进行粉碎细化。本发明提供的一种锂、钠离子二次电池的复合型电极材料，其中导电剂能够与正（负）极活性材料通过形成良好接触来构建有效的导电网络，所述复合型电极在合浆阶段不需要额外添加导电剂，提高了电极的制备效率，所制备的电池具有较低的阻抗、优良的循环寿命和电化学性能。

技术研发人员：郑灵浪,吴凌
受保护的技术使用者：江苏碳什科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11