本發(fā)明涉及二次電池技術(shù)領(lǐng)域涉,具體涉及一種粉末打膠的制備方法,尤其涉及鋰電池漿料制備用粘結(jié)劑的制膠方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池主要由正負極活物質(zhì)涂覆在金屬箔上,經(jīng)過輥壓、分切、卷繞、組裝、注液、預(yù)充化成之后形成。其中，正負極活物質(zhì)是電池的最關(guān)鍵組成部分，可以通過將正負極活物質(zhì)制成漿料進行涂布。電池的漿料包括正負極活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、增稠劑、粘結(jié)劑和溶劑，制備的漿料要求充分攪拌均勻。

在正極漿料制備中，粘結(jié)劑起著重要的作用。直接采用粉體粘結(jié)劑進行攪拌，容易造成漿料攪拌結(jié)塊、均一性差、涂布難度大等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種分散性好、成本低且能改善電池正極漿料均一性、一致性的粘結(jié)劑膠體的制備方法。

本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的：

一種固體粉末粘結(jié)劑的制膠方法，其特別之處在于：所述膠體的制備按如下步驟進行：

a.按制膠工藝所示配比稱取原材料：粘結(jié)劑、溶劑

b.將原材料中的溶劑加入攪拌鍋中，充分攪拌；

c.將步驟a中的50％±5％的粘結(jié)劑加入溶劑中，充分攪拌均勻；

d.將步驟a中25％±5％的粘結(jié)劑加入步驟c的混合物中，充分攪拌均勻；

e.將余量的粘結(jié)劑加入步驟d的混合物中，充分攪拌至均勻；

f.將制得的膠體在真空狀態(tài)下脫泡，即成。

上述粘結(jié)劑膠體的制備方法，溶劑為n-甲基吡咯烷酮，粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯pvdf粉末；

上述粘結(jié)劑膠體的制備方法，所述膠體質(zhì)量比為粘結(jié)劑pvdf：nmp＝8:92。

上述粘結(jié)劑膠體的制備方法，由上述方法混合制備得到的粘結(jié)劑膠體粘度為3000～6000mpa.s。

上述粘結(jié)劑膠體的制備方法，由上述方法混合制備得到的粘結(jié)劑膠體固含量為8％。

上述粘結(jié)劑膠體的制備方法，其特征在于：采用高速分散機，循環(huán)進行多個攪拌單元操作，具體操作步驟是：

a.先進行低速攪拌，攪拌時間t1；

b.再進行高速攪拌，攪拌時間t2；

c.最后進行中速攪拌，攪拌時間t3；

上述粘結(jié)劑膠體的制備方法，其特征在于：低速攪拌速度為2000-3000r/min，中速攪拌速度為3000-4000r/min，高速攪拌為4000r/min-4500r/min。

上述粘結(jié)劑膠體的制備方法，其特征在于：攪拌時間t1為1-30min，t2為10-30min,t3為1-10min。

本發(fā)明對粉體粘結(jié)劑容易造成正極漿料混合不均勻、不易分散的問題進行了改進，采用分步攪拌方法，將粉體粘結(jié)劑制備成均一性良好的膠體再用于正極漿料攪拌，此方法利于正極活性物質(zhì)的分散，從而制備出均一性、穩(wěn)定性好的正極漿料。

具體實施方式

本發(fā)明采用分步攪拌方法，制備粘結(jié)劑膠體過程如下：

a.按制膠工藝所示配比稱取原材料：粘結(jié)劑、溶劑；

b.將原材料中的溶劑加入攪拌鍋中，充分攪拌；

c.將步驟a中的50％±5％的粘結(jié)劑加入溶劑中，充分攪拌均勻；

d.將步驟a中25％±5％的粘結(jié)劑加入步驟c的混合物中，充分攪拌均勻；

e.將余量的粘結(jié)劑加入步驟d的混合物中，充分攪拌均勻；

f.將步驟e中制得的膠體在真空狀態(tài)下脫泡，即成。

優(yōu)選地，上述粘結(jié)劑膠體的制備方法，溶劑為n-甲基吡咯烷酮，粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯pvdf粉末；

優(yōu)選地，所述步驟中的攪拌采用高速分散機，循環(huán)進行多個攪拌單元操作，具體操作步驟是：先進行低速攪拌，攪拌時間t1；再進行高速攪拌，攪拌時間t2；最后進行中速攪拌，攪拌時間t3。三步攪拌中，第一步低速攪拌是可以使pvdf粉末緩慢溶入nmp溶劑中，同時不會產(chǎn)生過多揚塵導(dǎo)致浪費。第二步高速攪拌可以加速pvdf在nmp中的溶解，防止粉末與nmp結(jié)合產(chǎn)生較大絮狀物，同時因為第一步充分保證了粉體pvdf溶入nmp溶液中，此時pvdf雖沒有與nmp形成均勻透明的液體，但是也不存在大量的固體粉末，所以不會產(chǎn)生揚塵。最后一步的中速攪拌是為了保證溶解的完全性，而且避免了攪拌造成的能耗過高。

將pvdf分成三份進行攪拌，每次三個階段攪拌，是綜合考慮攪拌效率與效果的選擇。分成三次以上攪拌更加可以，但是會浪費大量的時間并且增加了成本。如果分成一次、兩次攪拌，膠體最終會由于攪拌不充分，內(nèi)部存在大量的氣泡，導(dǎo)致制備鋰電池正極漿料時會出現(xiàn)分散不勻，極片產(chǎn)生氣泡的情況，如下文中比較例所示。每次分三個階段攪拌，也是為了確保pvdf膠體的高質(zhì)量，如其透明度、粘度、流動性等等。如果減少攪拌次數(shù)，會出現(xiàn)部分較長的絮狀物，約3cm長，膠體粘度穩(wěn)定性差，最終結(jié)果是質(zhì)量差、時間更長。

優(yōu)選的方案中，所述低速攪拌速度為2000-3000r/min，中速攪拌速度為3000-4000r/min，高速攪拌為4000r/min-4500r/min。

優(yōu)選地，所述攪拌時間t1為10-30min，t2為10-30min,t3為0-10min。

優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑粉末為聚偏二氟乙烯(pvdf)固體粉末，所述溶劑為n-甲基吡咯烷酮(nmp)溶液。更優(yōu)選地，述膠體質(zhì)量比為粘結(jié)劑pvdf：nmp＝8:92。

所述膠體在20rpm轉(zhuǎn)速下粘度為3000～6000mpa.s。所述膠體固含量為8％。

下面結(jié)合具體實施例說明本發(fā)明的制膠方法：

實施例1

按制膠工藝配比稱取原材料：粘結(jié)劑、溶劑。a.將溶劑n-甲基吡咯烷酮加入攪拌鍋內(nèi)，開啟攪拌設(shè)備，在低速下緩慢攪拌，攪拌速度為2000r/min,攪拌時間為5min；b.將所需粘結(jié)劑的50％±5％加入溶劑中，在低速下攪拌時間t1，t1為20min，轉(zhuǎn)速為2000r/min；再在高速下攪拌時間t2，t2為20min，轉(zhuǎn)速為4000r/min,最后在中速下攪拌時間t3，t3為10min，轉(zhuǎn)速為3000r/min；c.將所需粘結(jié)劑的25％±5％加入溶劑中，在低速下攪拌時間t1，t1為20min，轉(zhuǎn)速為2000r/min；再在高速下攪拌時間t2，t2為20min，轉(zhuǎn)速為4300r/min,最后在中速下攪拌時間t3，t3為10min，轉(zhuǎn)速為3000r/min；d.將余量的粘結(jié)劑加入攪拌混合物中，在低速下攪拌時間t1，t1為30min，轉(zhuǎn)速為2000r/min；再在高速下攪拌時間t2，t2為30min，轉(zhuǎn)速為4500r/min,最后在中速下攪拌時間t3，t3為10min，轉(zhuǎn)速為3500r/min；e.將制得的膠體在真空狀態(tài)下脫泡120min，即成。

不同的pvdf添加量、膠體固含量如表1所示

表1粘結(jié)劑膠體

從表中可以看出，隨著溶質(zhì)量增多，攪拌時間和轉(zhuǎn)速都逐漸增大。由于膠體固含量較低時流動性好，在較短時間和較低速度下攪拌即可快速攪拌至均勻，而當(dāng)固含量較高時，膠體內(nèi)部阻力加大，且n-甲基吡咯烷酮溶解pvdf粉末的速度降低，需要提高攪拌強度同時延長攪拌時間方可將膠體攪拌至均勻。在制備膠體過程中，隨著攪拌速度提高、攪拌時間延長，膠體內(nèi)部及膠體與攪拌槳之間的摩擦加劇，膠體的溫度逐漸升高。為了保證pvdf膠體的粘結(jié)性，設(shè)備采用循環(huán)水冷方式來降低其溫度來保證產(chǎn)品質(zhì)量。

不同固含量pvdf膠體粘度如表2所示

表2

實施例2

按制膠工藝配比稱取原材料：粘結(jié)劑、溶劑。a.將溶劑n-甲基吡咯烷酮加入攪拌鍋內(nèi)，開啟攪拌設(shè)備，在低速下緩慢攪拌，攪拌速度為2000r/min,攪拌時間為5min；b.將所需粘結(jié)劑的50％±5％加入溶劑中，在低速下攪拌時間t1，t1為10min，轉(zhuǎn)速為2500r/min；再在高速下攪拌時間t2，t2為10min，轉(zhuǎn)速為3200r/min,最后在中速下攪拌時間t3，t3為5min，轉(zhuǎn)速為3000r/min；c.將所需粘結(jié)劑的25％±5％加入溶劑中，在低速下攪拌時間t1，t1為20min，轉(zhuǎn)速為2500r/min；再在高速下攪拌時間t2，t2為20min，轉(zhuǎn)速為4500r/min,最后在中速下攪拌時間t3，t3為5min，轉(zhuǎn)速為3000r/min；d.將余量的粘結(jié)劑加入攪拌混合物中，在低速下攪拌時間t1，t1為30min，轉(zhuǎn)速為3000r/min；再在高速下攪拌時間t2，t2為30min，轉(zhuǎn)速為4500r/min,最后在中速下攪拌時間t3，t3為5min，轉(zhuǎn)速為3500r/min；e.將制得的膠體在真空狀態(tài)下脫泡120min，即成。

表3粘結(jié)劑膠體

表4

由表2、表4可以看出，隨著膠體固含量提高，膠體在同樣轉(zhuǎn)速下的粘度逐漸升高，脫泡后膠體的粘度降低并維持在相對穩(wěn)定的水平。隨著pvdf粉末的加入，膠體中pvdf緩慢溶入到nmp溶劑中，膠體中大分子鏈越來越多導(dǎo)致其逐漸變稠，粘度升高。此時，在膠體內(nèi)部有大量由于高速攪拌產(chǎn)生的氣泡，氣泡的存在會導(dǎo)致正極漿料的不穩(wěn)定，最終造成極片不良，所以需要對其進行脫泡處理。膠體在低速攪拌下抽真空脫泡，脫泡效果良好，此時膠體的粘度降低并在相對穩(wěn)定水平。

比較例：

按制膠工藝所需配比稱取原材料：粘結(jié)劑、溶劑。a.將溶劑n-甲基吡咯烷酮加入攪拌鍋內(nèi)，開啟攪拌設(shè)備，在低速下緩慢攪拌，攪拌速度為2000r/min,攪拌時間為10min；b.將所需粘結(jié)劑的50％±5％加入溶劑中，在低速下攪拌時間t1，t1為20min，轉(zhuǎn)速為2500r/min；再在中速下攪拌時間t2，t2為30min，轉(zhuǎn)速為3000r/min；c.將剩余粘結(jié)劑全部加入溶劑中，在低速下攪拌時間t1，t1為25min，轉(zhuǎn)速為2500r/min；再在高速下攪拌時間t2，t2為30min，轉(zhuǎn)速為4500r/min,最后在中速下攪拌時間t3，t3為10min，轉(zhuǎn)速為3000r/min；d.將制得的膠體在真空狀態(tài)下脫泡120min，即成。

利用上述攪拌工藝制備的膠體用于正極材料攪拌后出現(xiàn)較大的弊端，首先是由于攪拌不夠充分導(dǎo)致nmp溶液內(nèi)部有部分絮狀物存在，導(dǎo)致漿料與金屬集流體粘結(jié)不穩(wěn)固，掉料情況嚴重；其次，是由于攪拌不充分，氣體沒有及時從物質(zhì)內(nèi)部空隙中排出，導(dǎo)致漿料涂覆于電集流體上時出現(xiàn)大量白斑，造成產(chǎn)品瑕疵。

表5.

通過此對比例說明，利用本發(fā)明的三步三階段攪拌工藝打膠是非常必要的，如果攪拌時間或者階段有較大的不同，則會造成膠體攪拌成品不良，甚至導(dǎo)致電池產(chǎn)品的安全性問題。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。