一种钠离子电池负极浆料制备方法及钠离子电池与流程

1.本发明涉及钠离子电池技术领域，特别是涉及一种钠离子电池负极浆料制备方法及钠离子电池。


背景技术：

2.钠离子电池包含正极极片、负极极片、隔膜、电解液、包装材料，包装材料包含铝塑膜、铝壳、钢壳等材料。在钠离子电池水性负极浆料的制备中，一般加入羧甲基纤维素钠(cmc-na)作为浆料的增稠剂和分散剂，以防止浆料在配制及涂布工序中出现浆料沉降的问题。
3.cmc-na取代度为0.5-0.8时，具有更好的亲油性，更容易与石墨浸润，触变性好，即为低取代度cmc-na,低取代度cmc-na疏水键通过范德华力能更好的吸附于非极性石墨表面，高取代度cmc-na更容易溶解在水中，低取代度cmc-na与高取代度cmc-na共用能更好的阻止石墨颗粒之间的团聚，提高负极浆料的稳定性，有利于负极浆料批量稳定生产。而当cmc-na取代度为0.8-1.1时，吸湿性越强，越容易溶解，触变性差，即为。
4.发明人发现：现有的负极活性材料表面非极性程度不一样，加入低取代度cmc-na或高取代度cmc-na，都不能均匀的分布在颗粒表面和水中，颗粒表面带负极电荷与水中游离的cmc-静电斥力弱及不均匀，不能起到负极浆料稳定效果，导致浆料沉降、粘度变化大、过筛困难等问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对传统克服钠离子电池负极材料在加工过程中出现的颗粒团聚、浆料沉降、过滤困难等问题，提供一发明一种钠离子电池负极浆料制备方法及其钠离子电池制备，钠离子电池负极浆料制备方法其包含负极活性材料、导电剂、分散剂、粘结剂、溶剂，分散剂使用低取代度cmc-na与高取代度cmc-na共用。
6.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种钠离子电池负极浆料，包括负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂，所述负极分散剂为低取代度cmc-na与高取代度cmc-na的混合。
8.在其中一个实施例中，所述负极活性材料为软碳、硬碳和其他非碳负极材料中的任意一种或两种以上。
9.在其中一个实施例中，所述负极导电剂为炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、vgcf和导电浆料中的任意一种或两种以上。
10.在其中一个实施例中，所述负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂的质量分别占所述负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂的质量总和的83～97.6％、0.6～6％、0.6～3％和1.2～8％。
11.在其中一个实施例中，所述负极分散剂的低取代度cmc-na与高取代度cmc-na分别占负极分散剂总质量的10～90％和90～10％。
12.在其中一个实施例中，所述溶剂为去离子水，溶剂的质量占所述负极浆料的总质量的45～65％；所述高取代度cmc-na为取代度0.8～0.9cmc-na；所述低取代度cmc-na为取代度0.5～0.6cmc-na。
13.在其中一个实施例中，所述负极粘结剂为聚偏氟乙烯pvdf、聚丙烯酸paa、丁苯橡胶乳液、苯丙乳液、聚酰胺类、海藻酸钠sa和明胶中的任意一种。一种钠离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
14.s1：将权利要求1-7中任一项所述的钠离子电池负极浆料的溶剂、低取代度cmc-na和高取代度cmc-na搅拌混合进行搅拌并混合均匀；
15.s2：在s1步骤搅拌混合均匀后，加入负极材料和导电剂，搅拌并混合均匀；
16.s3：完成s2步骤后，加入粘结剂，搅拌并混合均匀；
17.s4：将经过s3步骤处理的浆料过筛，并测试浆料粘度及颗粒度；
18.s5：完成钠离子电池负极浆料的制备。
19.一种钠离子电池，所述钠离子电池的极片采用上述钠离子电池负极浆料制备而成。
20.优点及效果：
21.1.本发明钠离子电池负极浆料的制备方法通过低取代度cmc-na与高取代度cmc-na共用，低取代度cmc-na疏水键通过范德华力能更好的吸附于非极性石墨表面，高取代度cmc-na更容易溶解在水中，负极颗粒相互靠近时静电斥力显著增强，负极颗粒表面带负极电荷与水中游离的cmc-静电斥力显著增强，从而避免负极浆料出现颗粒团聚、浆料沉降、过滤困难等问题，提高负极浆料的稳定性，有利于负极浆料批量稳定生产。
22.2.本发明钠离子电池制备方法通过使用上述发明钠离子负极浆料制备的负极极片制备钠离子电池，减小钠离子电池内阻。
具体实施方式
23.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
24.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
25.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.须知，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
28.一种钠离子电池负极浆料，包括负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂，其中负极分散剂为低取代度cmc-na与高取代度cmc-na的混合。
29.本发明的负极活性材料为软碳、硬碳和其他非碳负极材料中的任意一种或两种以上。
30.本发明的负极导电剂为炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、vgcf和导电浆料中的任意一种或两种以上。
31.本发明的负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂的质量分别占所述负极活性材料、导电剂、分散剂、粘结剂的质量总和的83～97.6％、0.6～6％、0.6-3％和1.2～8％。
32.本发明的负极分散剂的低取代度cmc-na与高取代度cmc-na分别占负极分散剂总质量的10～90％和90～10％。
33.本发明的溶剂为去离子水，溶剂的质量占负极浆料的总质量的25～65％，其中负极浆料的总质量是指负极活性材料、导电剂、分散剂、粘结剂和溶剂的质量总和；其中高取代度cmc-na为取代度0.8-0.9cmc-na；其中低取代度cmc-na为取代度0.5-0.6cmc-na。
34.本发明的负极粘结剂为聚偏氟乙烯pvdf、聚丙烯酸paa、丁苯橡胶乳液、苯丙乳液、聚酰胺类、海藻酸钠sa和明胶中的任意一种。
35.一种钠离子电池负极浆料的制备方法，具体步骤如下：
36.s1：将上述的钠离子电池负极浆料的溶剂、低取代度cmc-na和高取代度cmc-na搅拌混合进行搅拌并混合均匀；
37.s2：在s1步骤搅拌混合均匀后，加入负极材料和导电剂，搅拌并混合均匀；
38.s3：完成s2后，加入粘结剂，搅拌并混合均匀；
39.s4：将经过步骤s3处理的浆料过筛，并测试浆料粘度及颗粒度；
40.s5：完成钠离子电池负极浆料的制备。
41.上述制备方法中负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂的质量分别占所述负极活性材料、导电剂、分散剂、粘结剂的质量总和的83～97.6％、0.6～6％、0.6-3％和1.2～8％。
42.上述制备方法中取代度cmc-na与高取代度cmc-na分别占负极分散剂总质量的10～90％和90～10％。
43.上述制备方法中溶剂为去离子水，溶剂的质量占所述负极浆料的总质量的45～65％；所述高取代度cmc-na为取代度0.8～0.9cmc-na；所述低取代度cmc-na为取代度0.5～0.6cmc-na。
44.上述制备方法的溶剂为去离子水，溶剂的质量占负极浆料的总质量的25～65％，其中负极浆料的总质量是指负极活性材料、导电剂、分散剂、粘结剂和溶剂的质量总和；其中高取代度cmc-na为取代度0.8-0.9cmc-na；其中低取代度cmc-na为取代度0.5-0.6cmc-na。
45.上述制备方法中低取代度cmc-na疏水键通过范德华力能更好的吸附于非极性石
墨表面，高取代度cmc-na更容易溶解在水中，低取代度cmc-na与高取代度cmc-na共用能更好的阻止石墨颗粒之间的团聚，提高负极浆料的稳定性，有利于负极浆料批量稳定生产。其机理为：
①
cmc-na被石墨吸附后，石墨颗粒表面的zeta电位增大，颗粒相互靠近时静电斥力显著增强；
②
石墨颗粒表面的负电荷与水中游离的cmc-相互排斥，提高了石墨颗粒的稳定性；
③
cmc-na水溶性的高分子链能形成特有的网状结构，形成较强的位阻效应，组织石墨颗粒接近并支撑粒子的重力；
④
cmc-na在水中溶解时，其羟基及醚键与水分子缔合成氢键，形成水化膜，使水失去流动性，产生增稠作用，也可以增大石墨颗粒沉降的难度。
46.本设计的钠离子电池负极浆料的制备方法通过低取代度cmc-na与高取代度cmc-na共用，低取代度cmc-na疏水键通过范德华力能更好的吸附于非极性石墨表面，高取代度cmc-na更容易溶解在水中，负极颗粒相互靠近时静电斥力显著增强，负极颗粒表面带负极电荷与水中游离的cmc-静电斥力显著增强，从而避免负极浆料出现颗粒团聚、浆料沉降、过滤困难等问题。提高负极浆料的稳定性，有利于负极浆料批量稳定生产。
47.实施例1
48.一种钠离子电池负极浆料制备方法如下：
49.负极活性材料：硬碳。
50.负极导电剂：导电炭黑super p。
51.负极分散剂：取代度为0.5-0.6cmc-na、取代度为0.8-0.9cmc-na。
52.负极粘结剂：丁苯橡胶乳液，40％固含量。
53.负极溶剂：去离子水。
54.该钠离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：
55.①
取92.92kg去离子水、1.7kg取代度为0.5-0.6cmc-na和1.7kg取代度为0.8-0.9cmc-na加入到搅拌罐中后，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率4h。
56.②
加入6.815kg导电炭黑super p，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率2h。
57.③
加入94.27kg硬碳，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率3h。
58.④
加入9.09kg丁苯橡胶乳液，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率0.5h。
59.⑤
将上述得到的浆料收集到收集罐中。
60.实施例2
61.一种钠离子电池负极浆料制备方法如下：
62.负极活性材料：硬碳。
63.负极导电剂：导电炭黑super p。
64.负极分散剂：取代度为0.5-0.6cmc-na、取代度为1.0-1.1cmc-na。
65.负极粘结剂：丁苯橡胶乳液，40％固含量。
66.负极溶剂：去离子水。
67.该钠离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：
68.①
取107.1kg去离子水、0.68kg取代度为0.5-0.6cmc-na、0.45kg取代度为1.0-1.1cmc-na加入到搅拌罐中后，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率4h。
69.②
加入2.27kg导电炭黑super p，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率2h。
70.③
加入105.63kg硬碳，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率3h。
71.④
加入4.54kg丁苯橡胶乳液，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率0.5h。
72.⑤
将上述得到的浆料收集到收集罐中。
73.实施例3
74.一种钠离子电池负极浆料制备方法如下：
75.负极活性材料：硬碳。
76.负极导电剂：导电炭黑super p。
77.负极分散剂：取代度为0.7-0.8cmc-na、取代度为0.8-0.9cmc-na。
78.负极粘结剂：丁苯橡胶乳液，40％固含量。
79.负极溶剂：去离子水。
80.该钠离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：
81.①
取146.03kg去离子水、2.04kg取代度为0.7-0.8cmc-na、0.23kg取代度为0.8-0.9cmc-na加入到搅拌罐中后，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率4h。
82.②
加入4.54kg导电炭黑super p，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率2h。
83.③
加入102.22kg硬碳，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率3h。
84.④
加入4.54kg丁苯橡胶乳液，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率0.5h。
85.⑤
将上述得到的浆料收集到收集罐中。
86.实施例4
87.一种钠离子电池负极浆料制备方法如下：
88.负极活性材料：硬碳。
89.负极导电剂：导电炭黑super p。
90.负极分散剂：取代度为0.7-0.8cmc-na、取代度为1.0-1.1cmc-na。
91.负极粘结剂：丁苯橡胶乳液，40％固含量。
92.负极溶剂：去离子水。
93.该钠离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：
94.③
取138kg去离子水、0.07kg取代度为0.7-0.8cmc-na、0.61kg取代度为1.0-1.1cmc-na加入到搅拌罐中后，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率4h。
95.②
加入0.68kg导电炭黑super p，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率2h。
96.③
加入110.85kg硬碳，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率3h。
97.④
加入1.36kg丁苯橡胶乳液，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率0.5h。
98.⑤
将上述得到的浆料收集到收集罐中。
99.对比组1
100.一种钠离子电池负极浆料制备方法如下：
101.负极活性材料：硬碳。
102.负极导电剂：导电炭黑super p。
103.负极分散剂：取代度为0.5-0.6cmc-na。
104.负极粘结剂：丁苯橡胶乳液，40％固含量。
105.负极溶剂：去离子水。
106.该钠离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：
107.①
取92.92kg去离子水、1.28kg取代度为0.5-0.6cmc-na加入到搅拌罐中后，以公
转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率4h。
108.②
加入1.6kg导电炭黑super p，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率2h。
109.③
加入100kg硬碳，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率3h。
110.④
加入10.7kg丁苯橡胶乳液，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率0.5h。
111.⑤
将上述得到的浆料收集到收集罐中。
112.对比组二
113.一种钠离子电池负极浆料制备方法如下：
114.负极活性材料：硬碳。
115.负极导电剂：导电炭黑super p。
116.负极分散剂：取代度为0.6-0.7cmc-na。
117.负极粘结剂：丁苯橡胶乳液，40％固含量。
118.负极溶剂：去离子水。
119.该钠离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：
120.①
取107.1kg去离子水、1.28kg取代度为0.6-0.7cmc-na加入到搅拌罐中后，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率4h。
121.②
加入1.6kg导电炭黑super p，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率2h。
122.③
加入100kg硬碳，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率3h。
123.④
加入10.7kg丁苯橡胶乳液，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率0.5h。
124.⑤
将上述得到的浆料收集到收集罐中。
125.对比组3
126.一种钠离子电池负极浆料制备方法如下：
127.负极活性材料：硬碳。
128.负极导电剂：导电炭黑super p。
129.负极分散剂：取代度为0.8-0.9cmc-na。
130.负极粘结剂：丁苯橡胶乳液，40％固含量。
131.负极溶剂：去离子水。
132.该钠离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：
133.①
取146.03kg去离子水、1.28kg取代度为0.8-0.9cmc-na加入到搅拌罐中后，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率4h。
134.②
加入1.6kg导电炭黑super p，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率2h。
135.③
加入100kg硬碳，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率3h。
136.④
加入10.7kg丁苯橡胶乳液，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率0.5h。
137.⑤
将上述得到的浆料收集到收集罐中。
138.对比组4
139.一种钠离子电池负极浆料制备方法如下：
140.负极活性材料：硬碳。
141.负极导电剂：导电炭黑super p。
142.负极分散剂：取代度为1.0-1.1cmc-na。
143.负极粘结剂：丁苯橡胶乳液，40％固含量。
144.负极溶剂：去离子水。
145.该钠离子电池负极浆料的制备方法包括以下步骤：
146.①
取138kg去离子水、1.28kg取代度为1.0-1.1cmc-na加入到搅拌罐中后，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率4h。
147.②
加入1.6kg导电炭黑super p，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率2h。
148.③
加入100kg硬碳，以公转30r/min和自转1800r/min的搅拌速率3h。
149.④
加入10.7kg丁苯橡胶乳液，以公转30r/min和自转1000r/min的搅拌速率0.5h。
150.⑤
将上述得到的浆料收集到收集罐中
151.实验过筛新浆料存放12h存放24h存放48h实施例1流畅，筛网无可见颗粒无沉降无沉降无沉降无沉降实施例2流畅，筛网无可见颗粒无沉降无沉降无沉降无沉降实施例3流畅，筛网无可见颗粒无沉降无沉降无沉降无沉降实施例4流畅，筛网无可见颗粒无沉降无沉降无沉降无沉降对比组1过筛困难，需换筛网无沉降沉降沉降沉降对比组2流畅，筛网有可见颗粒无沉降无沉降沉降沉降对比组3流畅，筛网有可见颗粒无沉降无沉降沉降沉降对比组4过筛困难，需换筛网无沉降沉降沉降沉降
152.由上述表可得出，本发明的钠离子电池负极浆料长时间放置不分层且无沉淀，而对比例1～4的钠离子电池负极浆料有过筛困难需要换筛网，且负极浆料放置一段时间后则会出现分层和沉淀，不利于浆料的存放。
153.一种钠离子电池，其中钠离子电池的极片采用上述钠离子电池负极浆料制备而成。
154.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
155.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种钠离子电池负极浆料，其特征在于，包括负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂，所述负极分散剂为低取代度cmc-na与高取代度cmc-na的混合。2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极浆料，其特征在于，所述负极活性材料为软碳、硬碳和其他非碳负极材料中的任意一种或两种以上。3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极浆料，其特征在于，所述负极导电剂为炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、vgcf和导电浆料中的任意一种或两种以上。4.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极浆料，其特征在于，所述负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂的质量分别占所述负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂的质量总和的83～97.6％、0.6～6％、0.6～3％和1.2～8％。5.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极浆料，其特征在于，所述负极分散剂的低取代度cmc-na与高取代度cmc-na分别占负极分散剂总质量的10～90％和90～10％。6.根据权利要求5所述的一种钠离子电池负极浆料，其特征在于，所述溶剂为去离子水，溶剂的质量占所述负极浆料的总质量的45～65％；所述高取代度cmc-na为取代度0.8～0.9cmc-na；所述低取代度cmc-na为取代度0.5～0.6cmc-na。7.根据权利要求1所述的一种钠离子电池负极浆料，其特征在于，所述负极粘结剂为聚偏氟乙烯pvdf、聚丙烯酸paa、丁苯橡胶乳液、苯丙乳液、聚酰胺类、海藻酸钠sa和明胶中的任意一种。8.一种钠离子电池负极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将权利要求1-7中任一项所述的钠离子电池负极浆料的溶剂、低取代度cmc-na和高取代度cmc-na搅拌混合进行搅拌并混合均匀；s2：在s1步骤搅拌混合均匀后，加入负极材料和导电剂，搅拌并混合均匀；s3：完成s2步骤后，加入粘结剂，搅拌并混合均匀；s4：将经过s3步骤处理的浆料过筛，并测试浆料粘度及颗粒度；s5：完成钠离子电池负极浆料的制备。9.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的极片采用权利要求1-7任一项所述钠离子电池负极浆料制备而成。

技术总结
本发明涉及钠离子电池技术领域，特别是涉及一种钠离子电池负极浆料制备方法及钠离子电池，包括负极活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂，所述负极分散剂为低取代度CMC-Na与高取代度CMC-Na的混合。本发明钠离子电池负极浆料的制备方法通过低取代度CMC-Na与高取代度CMC-Na共用，低取代度CMC-Na疏水键通过范德华力能更好的吸附于非极性石墨表面，高取代度CMC-Na更容易溶解在水中，负极颗粒相互靠近时静电斥力显著增强，负极颗粒表面带负极电荷与水中游离的CMC-静电斥力显著增强，从而避免负极浆料出现颗粒团聚、浆料沉降、过滤困难等问题，提高负极浆料的稳定性，有利于负极浆料批量稳定生产。产。


技术研发人员：刘林 高云 刘志杰 安富强 吴月 周萍 张承业 陈昶
受保护的技术使用者：湖南领湃新能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/21