一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池材料制備領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，已經(jīng)商業(yè)化使用的鋰離子電池常用負(fù)極材料為石墨材料和鈦酸鋰兩種。石墨有克容量高、加工制成工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但由于石墨是層狀結(jié)構(gòu)，也有著低溫性能差、與電解液相容性不佳、易析鋰、循環(huán)性能不良等缺陷。石墨難以在低溫下使用，更無(wú)法滿足在低溫下充電的性能要求。因此，需摻雜鈦酸鋰予以改進(jìn)。
[0003]尖晶石型鈦酸鋰是一種零應(yīng)變材料，具有優(yōu)異的循環(huán)性能，同時(shí)相對(duì)于Li+/Li較高的電位，在充放電過(guò)程中不存在金屬鋰的析出問(wèn)題，橄欖石結(jié)構(gòu)也決定了其有良好的低溫性能，尤其是具備低溫充電能力，并且具有較高恒流比等性能優(yōu)勢(shì)。其性能優(yōu)勢(shì)使鈦酸鋰廣泛應(yīng)用于電動(dòng)工具、HEV、EV等領(lǐng)域。由石墨材料摻雜鈦酸鋰作為負(fù)極制成的鋰離子電池有著石墨或鈦酸鋰單獨(dú)做負(fù)極時(shí)所不具備的性能優(yōu)勢(shì)。如:充放電時(shí)分別具有兩個(gè)平臺(tái)，良好的低溫性能且同時(shí)不會(huì)造成電池過(guò)充過(guò)放析鋰現(xiàn)象。
[0004]但尖晶石鈦酸鋰材料由于其本身導(dǎo)電性不佳，因而需制成納米級(jí)材料及進(jìn)行表面修飾以提高其導(dǎo)電性能，然后小粒徑材料具有較大的比表面積，嚴(yán)重增加了其制漿時(shí)的加工難度，加之與粒徑較大的石墨負(fù)極材料混合，鈦酸鋰顆粒更易于在石墨顆粒表面和周圍團(tuán)聚，造成了漿料顆粒問(wèn)題。加之本身較大的比表面積致使其具有較高的比表面能，造成水系配料時(shí)，其與集流體的親和性不佳，粘結(jié)效果不好。加之漿料的顆粒更易導(dǎo)致極片掉粉，影響了后續(xù)成品電芯的循環(huán)、倍率性能。漿料的均勻性及質(zhì)量的好壞決定了電池后續(xù)的綜合性能。
[0005]解決納米粒子的分散，現(xiàn)有的方法常用物理機(jī)械攪拌，如高速分散機(jī)、高能球磨等得到穩(wěn)定分散的材料，利用高速分散機(jī)在很高的轉(zhuǎn)速下形成的剪切力作用于分散在介質(zhì)中的超細(xì)粉體，將團(tuán)聚的大顆粒分散成原始粒子或小的團(tuán)聚體，使超細(xì)粒子均勻分散在漿料中。高速分散機(jī)的分散強(qiáng)度取決于高速分散機(jī)轉(zhuǎn)盤線速度，與分散時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)明顯關(guān)系。該方法使?jié){料中大顆粒以及團(tuán)聚體在機(jī)械力作用下強(qiáng)制分散，消除有可能出現(xiàn)的粘稠物、塊狀物、顆粒等，避免形成帶有強(qiáng)連接界面的較大團(tuán)聚體。
[0006]然而僅通過(guò)該處理的漿料仍不夠穩(wěn)定，放置一段時(shí)間往往再次發(fā)生團(tuán)聚，形成顆粒物。并且使用上述單一的分散方法，往往難以制備均勻穩(wěn)定的鈦酸鋰與石墨粉復(fù)合漿料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，解決現(xiàn)有采取單一的物理機(jī)械攪拌所制備得到的鈦酸鋰與石墨混合負(fù)極漿料難以長(zhǎng)時(shí)間擱置，其體系不能穩(wěn)定存在，分撒好的漿料會(huì)在短時(shí)間內(nèi)自行二次團(tuán)聚，漿料的均勻性難以得到保障的問(wèn)題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]—種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，包括如下步驟:
[0010]S1、稱取鈦酸鋰粉料、石墨粉料、粘結(jié)劑、溶劑、導(dǎo)電劑、分散劑；
[0011]S2、將粘結(jié)劑加入溶劑中攪拌；
[0012]S3、將導(dǎo)電劑加入S2所制備的溶液中攪拌；
[0013]S4、將分散劑加入S3所制備的漿料中攪拌；
[0014]S5、將鈦酸鋰粉料加入S4所制備的漿料中攪拌；
[0015]S6、將石墨粉料加入S5所制備的漿料中攪拌，得到鈦酸鋰與石墨的混合負(fù)極材料；
[0016]S7、將S6制備的混合負(fù)極材料使用溶劑調(diào)到1000-3000CP，粘度的鈦酸鋰與石墨的混合負(fù)極材料。
[0017]先加入分散劑，然后進(jìn)行高速分散，能使鈦酸鋰和石墨材料均勻分散并且保持一種穩(wěn)定的分散狀態(tài)。
[0018]具體地，所述分散劑為碳原子為2-10的有機(jī)醇類，包括乙醇、異丙醇、聚乙二醇中的一種或多種。所述分散劑的質(zhì)量為鈦酸鋰粉料和石墨粉料總質(zhì)量的0.5%-8%。
[0019]進(jìn)一步地，所述鈦酸鋰粉料為超納米鈦酸鋰粉料。所述粘結(jié)劑為L(zhǎng)A133，溶劑為水。
[0020]為了保證攪拌均勻，所述S2中，攪拌時(shí)間為l_2h;
[0021]所述S3中，攪拌時(shí)間為2_3h;
[0022]所述S4中，攪拌時(shí)間為20-30min;
[0023]所述S5中，攪拌時(shí)間為l_2h，攪拌速度為3000-5000r/min;
[0024]所述S6中，攪拌時(shí)間為4-5h，攪拌速度為3000-5000r/min。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:
[0026]本發(fā)明涉及到一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿工藝，通過(guò)高速分散及使用分散劑，將鈦酸鋰與石墨材料混合攪拌，制備出鋰離子電池的負(fù)極漿料。高速分散通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生高切線速度和高頻機(jī)械效應(yīng)，使物料快速分散均勻，使團(tuán)聚體在強(qiáng)剪切力作用下解團(tuán)，然而不能消除顆粒之間的吸附力，有可能再次團(tuán)聚;加入分散劑后，促使物料顆粒均勻分散于介質(zhì)中，形成穩(wěn)定懸浮體系。先加入分散劑，然后進(jìn)行高速分散，能使鈦酸鋰和石墨材料均勻的分散并且保持一種穩(wěn)定的分散狀態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
[0028]實(shí)施例
[0029]—種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，包括如下步驟:
[0030]第一步:稱取鈦酸鋰粉料、石墨粉料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑、分散劑。
[0031 ]在本實(shí)施例中，鈦酸鋰粉料為超納米鈦酸鋰粉料，粘結(jié)劑為L(zhǎng)A133，溶劑為水，分散劑為碳原子為2-10的有機(jī)醇類，本實(shí)施例為異丙醇，分散劑的質(zhì)量為鈦酸鋰粉料和石墨粉料總質(zhì)量的0.5%-8 %。
[0032]第二步:將粘結(jié)劑LA133與溶劑水在攪拌機(jī)中攪拌l_2h。
[0033]第三步:將導(dǎo)電劑加入第二步所制備的溶液中，攪拌2_3h。
[0034]第四步:將分散劑異丙醇加入第三步所制備的漿料中，攪拌20-30min，所述S5中，攪拌時(shí)間為l_2h。
[0035]第五步:將納米鈦酸鋰粉料加入第四步所制備的漿料中，高速攪拌l_2h，攪拌速度為3000-5000r/min。
[0036]第六步:將石墨粉料加入第五步中所制備的漿料中，高速攪拌4_5h，攪拌速度為3000-5000r/mino
[0037]第七步:將第六步所制備的漿料用溶劑調(diào)到1000-3000CP的納米鈦酸鋰與石墨的混合負(fù)極漿料。
[0038]第一步中，根據(jù)負(fù)極所需性能，石墨粉料與鈦酸鋰粉料調(diào)節(jié)質(zhì)量比范圍為99:1?
I: 99，適用于石墨與鈦酸鋰的任何配比。
[0039]本發(fā)明將物理機(jī)械攪拌分散法與化學(xué)分散劑分散法相結(jié)合使用，即先對(duì)漿料進(jìn)行化學(xué)分散，在溶液中加入一種或多種分散劑，降低溶劑的表面張力，使顆粒能夠均勻的分散，并保持相對(duì)穩(wěn)定的體系，然后物理分散，能得到均勻穩(wěn)定的鈦酸鋰與石墨復(fù)合漿料。
[0040]本發(fā)明的原理為:
[0041]高速物理分散時(shí)，鈦酸鋰顆粒、石墨顆粒等之間有較高的剪切力，同時(shí)受到較大的擠壓力、摩擦力等作用，使?jié){料均勻分散。水系懸浮液中粒子的穩(wěn)定性主要取決于粒子之間的范德華力與靜電排斥力的相互作用。粒子之間的互相排斥的作用力越大，越有利于粒子的分散穩(wěn)定。
[0042]而化學(xué)分散劑分散方法，即向母液(第三步所制備的漿料)中加入一定量的分散劑異丙醇，醇類易于在鈦酸鋰表面建立較強(qiáng)的氫鍵，這種氫鍵作用使得異丙醇容易吸附于鈦酸鋰表面形成一層分子膜，包圍了鈦酸鋰顆粒，當(dāng)其它點(diǎn)的鈦酸鋰顆?；蚴w粒相互接近時(shí)，靜電斥力起到了分散作用。
[0043]制備好的混合負(fù)極漿料，可以長(zhǎng)時(shí)間擱置，體系穩(wěn)定存在，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)沉降、不會(huì)自行二次團(tuán)聚，分散均勻。
[0044]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。值得說(shuō)明的是，基于上述設(shè)計(jì)原理的前提下，為解決同樣的技術(shù)問(wèn)題，即使在本發(fā)明所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做出的一些無(wú)實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)或潤(rùn)色，所采用的技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)仍然與本發(fā)明一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、稱取鈦酸鋰粉料、石墨粉料、粘結(jié)劑、溶劑、導(dǎo)電劑、分散劑； 52、將粘結(jié)劑加入溶劑中攪拌； 53、將導(dǎo)電劑加入S2所制備的溶液中攪拌； 54、將分散劑加入S3所制備的漿料中攪拌； 55、將鈦酸鋰粉料加入S4所制備的漿料中攪拌； 56、將石墨粉料加入S5所制備的漿料中攪拌，得到鈦酸鋰與石墨的混合負(fù)極材料； 57、將S6制備的混合負(fù)極材料使用溶劑調(diào)到1000-3000CP的鈦酸鋰與石墨的混合負(fù)極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，其特征在于，所述分散劑為碳原子為2-10的有機(jī)醇類，包括乙醇、異丙醇、聚乙二醇中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，其特征在于，所述分散劑的質(zhì)量為鈦酸鋰粉料和石墨粉料總質(zhì)量的0.5%-8%。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，其特征在于，所述鈦酸鋰粉料為超納米鈦酸鋰粉料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為L(zhǎng)Al 33，溶劑為水。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，其特征在于，所述S2中，攪拌時(shí)間為l-2h; 所述S3中，攪拌時(shí)間為2-3h; 所述S4中，攪拌時(shí)間為20-30min; 所述S5中，攪拌時(shí)間為l_2h，攪拌速度為3000-5000r/min ； 所述S6中，攪拌時(shí)間為4-5h，攪拌速度為3000-5000r/min。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鈦酸鋰與石墨材料負(fù)極混粉制漿方法，包括如下步驟：S1、稱取鈦酸鋰粉料、石墨粉料、粘結(jié)劑、溶劑、導(dǎo)電劑、分散劑；S2、將粘結(jié)劑加入溶劑中攪拌；S3、將導(dǎo)電劑加入S2所制備的溶液中攪拌；S4、將分散劑加入S3所制備的漿料中攪拌；S5、將鈦酸鋰粉料加入S4所制備的漿料中攪拌；S6、將石墨粉料加入S4所制備的漿料中攪拌，得到鈦酸鋰與石墨的混合負(fù)極材料；S7、將S6制備的混合負(fù)極材料使用溶劑調(diào)到1000-3000CP，粘度的鈦酸鋰與石墨的混合負(fù)極材料。本發(fā)明先加入分散劑，然后進(jìn)行高速分散，能使鈦酸鋰和石墨材料均勻的分散并且保持一種穩(wěn)定的分散狀態(tài)，可以長(zhǎng)時(shí)間擱置，體系穩(wěn)定存在，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)沉降、不會(huì)自行二次團(tuán)聚。
【IPC分類】H01M4/583, H01M10/0525, H01M4/485, H01M4/62, H01M4/139
【公開(kāi)號(hào)】CN105633409
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610168341
【發(fā)明人】陳柯宇, 姜世維, 戴潤(rùn)義, 吳云川
【申請(qǐng)人】成都雅駿新能源汽車科技股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日