一种硅基快充复合型负极浆料组合物及其制备方法与流程

1.本发明属于硅基快充型锂离子电池技术领域，具体涉及一种硅基快充复合型负极浆料组合物及其制备方法。
技术背景
2.随着能源短缺及环境污染等问题日益加剧，快速发展可再生资源、是电动汽车逐步替代燃油车已经成为不可逆转的趋势，因此需要大力发展电动汽车，而电动汽车动力来源于动力电池，在已发展的电池体系中，锂离子电池由于其能量密度高、无记忆效应、环境友好等优点逐步成为电动汽车动力来源的选择。然而由于受到电化学体系的限制，锂离子电池动力电动汽车相对传统燃油车存在续航里程短、充电慢的问题，大大阻碍终端消费者对电动汽车的接受度，影响锂离子电池电动汽车的发展。为了解决以上问题，锂离子动力电池向高能量密度、快充方向发展，因此本专利主要通过硅基复合型负极配方、浆料制备方面解决高能量密度锂离子电池快充性能差、循环寿命的问题，最终实现硅基高能量型圆柱锂离子电池的快充循环寿命的提升。


技术实现要素：

3.本发明为了解决硅基高能量密度锂离子电池快充能力及循环寿命，采用一种特有的硅基快充复合型负极配方及该浆料的制备方法。本发明技术方案如下：硅基快充复合型负极浆料配方组成：由预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极、炭黑导电剂、单壁碳纳米管导电液、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液粘结剂、聚丙烯酸类粘结剂、保液剂sfc、碳酸乙烯酯和去离子水溶剂组成，以上原材料按照重量百分数配比为15.00-20.00%：35.00-40.00%：35.00-40.00%：0.50-1.50%：0.05-0.15%：0.50-1.30%：1.00-1.60%：1.00-1.80%：0.20-0.60%：0.02-0.06%：80.00-130.00%。
4.进一步的，所述保液剂sfc为：一款大粒径阴离子高分子乳液，在电解液中具有高度溶胀特性，催进保液能力。
5.本发明提供上述硅基快充复合型负极浆料的制备方法，具体如下步骤：步骤1：按照硅基快充复合型负极浆料的配方组成准备原材料。
6.步骤2：将羧甲基纤维素钠和总去离子水溶剂量的60-80%加入红运双星型搅拌机中搅拌2.5-3.0h制备1.0-2.0%固含量的羧甲基纤维素钠胶液，设置参数公转速度30-50rpm，自转速度1000-2000rpm。
7.步骤3：将炭黑导电剂、单壁碳纳米管导电液、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸乙烯酯加入另一个红运双星型搅拌机中搅拌0.5-1.0h，设置参数公转速度30-50rpm，自转速度1500-2500rpm。
8.步骤4：在步骤3所得的浆料中依次加入预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极搅拌2.0-3.0h，设置参数公转速度20-40rpm，自转速度500-1000rpm。
9.步骤5：将步骤2所得的羧甲基纤维素钠胶液分2-3次加入步骤4所得的浆料中，每
次搅拌时间0.5-1.0h，设置参数公转速度20-40rpm，自转速度500-2500rpm。
10.步骤6：在步骤5所得的浆料中加入丁苯橡胶乳液粘结剂搅拌0.5-1.0h，设置参数公转速度20-40rpm，自转速度500-1000rpm。
11.步骤7：在步骤6所得的浆料中加入保液剂和根据浆料状态选择性的加入剩余去离子水，启动搅拌机搅拌，搅拌0.5-1.0h，调节浆料粘度2500-6500mpa.s，设置参数公转速度20-40rpm，自转速度300-800rpm。
12.步骤8：步骤7所得浆料抽真空反转消除气泡，然后用150目筛网过筛出料，得到硅基快充复合型负极浆料。
13.本发明的有益效果：与现有常规硅基负极浆料配方和制备方法相比，本发明所提到的硅基快充复合型负极配方能够更好的改善硅基负极膨胀所带了的问题及提升了快充性能，在制备方法上面更好的完成材料的加工，保证浆料的均一稳定性，从而提升了硅基高能量密度锂离子电池快充能力及快充循环寿命。
附图说明
14.图1实施例及对比例中正极高镍、负极硅基快充复合体系圆柱锂离子电池快充循环性能测试对比图。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.实施案例1：一种硅基快充复合型负极浆料配方及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：该复合负极浆料原材料组成，预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极、炭黑导电剂、单壁碳纳米管导电液、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液粘结剂、聚丙烯酸类粘结剂、保液剂、碳酸乙烯酯、去离子水溶剂，以上原材料按照重量百分数配比为20.00%：38.37%：38.37%：0.50%：0.050%：0.50%：1.00%：1.00%：0.20%：0.02%：108.00%；步骤2：将羧甲基纤维素钠和总去离子水溶剂量的80%加入红运双星型搅拌机中搅拌2.5h制备1.0-2.0%固含量的羧甲基纤维素钠胶液，设置参数公转速度30rpm，自转速度1000rpm；步骤3：将炭黑导电剂、聚丙烯酸类粘结剂、单壁碳纳米管导电液、碳酸乙烯酯加入另一个红运双星型搅拌机中搅拌0.6h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1500rpm；步骤4：在步骤3所得的浆料中依次加入预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极搅拌2.5h，设置参数公转速度20rpm，自转速度700rpm；步骤5：将步骤2所得的羧甲基纤维素钠胶液分3次加入步骤4所得的浆料中，每次搅拌时间0.5h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1800rpm；步骤6：在步骤5所得的浆料中加入丁苯橡胶乳液粘结剂搅拌0.5h，设置参数公转速度30rpm，自转速度600rpm；
步骤7：在步骤6所得的浆料中加入保液剂和根据浆料状态选择性的加入剩余去离子水，启动搅拌机搅拌，搅拌0.6h，调节浆料粘度2500-6500mpa.s设置参数公转速度30rpm，自转速度400rpm；步骤8：步骤7所得浆料抽真空反转消除气泡，然后用150目筛网过筛出料，得到硅基快充复合型负极浆料。
17.实施案例2：一种硅基快充复合型负极浆料配方及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：该复合负极浆料原材料组成，预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极、炭黑导电剂、单壁碳纳米管导电液、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液粘结剂、聚丙烯酸类粘结剂、保液剂、碳酸乙烯酯、去离子水溶剂，以上原材料按照重量百分数配比为20.00%：37.20%：37.20%：1.00%：0.10%：1.00%：1.50%：1.50%：0.50%：0.05%：108.00%步骤2：将羧甲基纤维素钠和总去离子水溶剂量的80%加入红运双星型搅拌机中搅拌2.5h制备1.0-2.0%固含量的羧甲基纤维素钠胶液，设置参数公转速度30rpm，自转速度1000rpm；步骤3：将炭黑导电剂、聚丙烯酸类粘结剂、单壁碳纳米管导电液、碳酸乙烯酯加入另一个红运双星型搅拌机中搅拌0.6h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1500rpm；步骤4：在步骤3所得的浆料中依次加入预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极搅拌2.5h，设置参数公转速度20rpm，自转速度700rpm；步骤5：将步骤2所得的羧甲基纤维素钠胶液分3次加入步骤4所得的浆料中，每次搅拌时间0.5h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1800rpm；步骤6：在步骤5所得的浆料中加入丁苯橡胶乳液粘结剂搅拌0.5h，设置参数公转速度30rpm，自转速度600rpm；步骤7：在步骤6所得的浆料中加入保液剂和根据浆料状态选择性的加入剩余去离子水，启动搅拌机搅拌，搅拌0.6h，调节浆料粘度2500-6500mpa.s设置参数公转速度30rpm，自转速度400rpm；步骤8：步骤7所得浆料抽真空反转消除气泡，然后用150目筛网过筛出料，得到硅基快充复合型负极浆料。
18.对比案例1：一种硅基快充复合型负极浆料配方及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：该复合负极浆料原材料组成，预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、炭黑导电剂、单壁碳纳米管导电液、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液粘结剂、聚丙烯酸类粘结剂、保液剂、碳酸乙烯酯、去离子水溶剂，以上原材料按照重量百分数配比为20.00%：74.90%：1.00%：0.10%：1.00%：1.00%：1.50%：0.50%：0.05%：95.50%步骤2：将羧甲基纤维素钠和总去离子水溶剂量的80%加入红运双星型搅拌机中搅拌2.5h制备1.0-2.0%固含量的羧甲基纤维素钠胶液，设置参数公转速度30rpm，自转速度1000rpm；步骤3：将炭黑导电剂、单壁碳纳米管导电液、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸乙烯酯加入另一个红运双星型搅拌机中搅拌0.6h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1500rpm；步骤4：在步骤3所得的浆料中依次加入预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极搅
拌2.5h，设置参数公转速度20rpm，自转速度700rpm；步骤5：将步骤2所得的羧甲基纤维素钠胶液分3次加入步骤4所得的浆料中，每次搅拌时间0.5h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1800rpm；步骤6：在步骤5所得的浆料中加入丁苯橡胶乳液粘结剂搅拌0.5h，设置参数公转速度30rpm，自转速度600rpm；步骤7：在步骤6所得的浆料中加入保液剂和根据浆料状态选择性的加入剩余去离子水，启动搅拌机搅拌，搅拌0.6h，调节浆料粘度2500-6500mpa.s设置参数公转速度30rpm，自转速度400rpm；步骤8：步骤7所得浆料抽真空反转消除气泡，然后用150目筛网过筛出料，得到硅基快充复合型负极浆料。
19.对比案例2：一种硅基快充复合型负极浆料配方及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：该复合负极浆料原材料组成，预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极、炭黑导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液粘结剂、聚丙烯酸类粘结剂、保液剂、碳酸乙烯酯、去离子水溶剂，以上原材料按照重量百分数配比为20.00%：37. 50%：37.50%：1.00%：1.00%：1.00%：1.50%：0.50%：0.05%：120.00%步骤2：将羧甲基纤维素钠和总去离子水溶剂量的80%加入红运双星型搅拌机中搅拌2.5h制备1.0-2.0%固含量的羧甲基纤维素钠胶液，设置参数公转速度30rpm，自转速度1000rpm；步骤3：将炭黑导电剂、聚丙烯酸类粘结剂、碳酸乙烯酯加入另一个红运双星型搅拌机中搅拌0.6h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1500rpm；步骤4：在步骤3所得的浆料中依次加入预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极搅拌2.5h，设置参数公转速度20rpm，自转速度700rpm；步骤5：将步骤2所得的羧甲基纤维素钠胶液分3次加入步骤4所得的浆料中，每次搅拌时间0.5h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1800rpm；步骤6：在步骤5所得的浆料中加入丁苯橡胶乳液粘结剂搅拌0.5h，设置参数公转速度30rpm，自转速度600rpm；步骤7：在步骤6所得的浆料中加入保液剂和根据浆料状态选择性的加入剩余去离子水，启动搅拌机搅拌，搅拌0.6h，调节浆料粘度2500-6500mpa.s，设置参数公转速度30rpm，自转速度400rpm；步骤8：步骤7所得浆料抽真空反转消除气泡，然后用150目筛网过筛出料，得到硅基快充复合型负极浆料。
20.对比案例3：一种硅基快充复合型负极浆料配方及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：该复合负极浆料原材料组成，预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极、炭黑导电剂、单壁碳纳米管导电液、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液粘结剂、保液剂、碳酸乙烯酯、去离子水溶剂，以上原材料按照重量百分数配比为20.00%：37.90%：37.90%：1.00%：0.10%：1.00%：1.60%：0.50%：0.05%：95.00%步骤2：将羧甲基纤维素钠和总去离子水溶剂量的80%加入红运双星型搅拌机中搅
拌2.5h制备1.0-2.0%固含量的羧甲基纤维素钠胶液，设置参数公转速度30rpm，自转速度1000rpm；步骤3：将炭黑导电剂、单壁碳纳米管导电液、碳酸乙烯酯加入另一个红运双星型搅拌机中搅拌0.6h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1500rpm；步骤4：在步骤3所得的浆料中依次加入预镁或预锂硅氧、快充型人造石墨负极、小颗粒人造石墨负极搅拌2.5h，设置参数公转速度20rpm，自转速度700rpm；步骤5：将步骤2所得的羧甲基纤维素钠胶液分3次加入步骤4所得的浆料中，每次搅拌时间0.5h，设置参数公转速度35rpm，自转速度1800rpm；步骤6：在步骤5所得的浆料中加入丁苯橡胶乳液粘结剂搅拌0.5h，设置参数公转速度30rpm，自转速度600rpm；步骤7：在步骤6所得的浆料中加入保液剂和根据浆料状态选择性的加入剩余去离子水，启动搅拌机搅拌，搅拌0.6h，调节浆料粘度2500-6500mpa.s设置参数公转速度30rpm，自转速度400rpm；步骤8：步骤7所得浆料抽真空反转消除气泡，然后用150目筛网过筛出料，得到硅基快充复合型负极浆料。
21.对比方案和实施方案的浆料检测项目结果对比：方案粘度/mpa
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s固含量/%细度/μm差异备注说明对比方案1605044.505未添加小颗粒人造石墨负极对比方案2620044.350未添加单壁碳纳米管导电液对比方案3650044.600未添加聚丙烯酸类粘结剂实施方案1523045.70 配方比例调整实施方案2597045.60%配方比例调整通过对比表格和图1可以看出，在取消相应的负极材料、导电剂、粘结剂以及不同配比的情况下，采用本发明方法制备浆料，均满足技术要求；在采用本专利配方的情况下，浆料可以在保持低粘度情况下，同样具备高固含的特性，更能很好的后续涂布，保持很好的电化学性能和快充循环性能。
22.上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。