Mažinant sąnaudas ir didinant ličio baterijų gamybos efektyvumą, didelio{0}}kieto-turinio, mažo-klampumo anglies nanovamzdelių laidžioji pasta tapo daugelio akumuliatorių kompanijų pasirinkimo kryptimi. Didelis kietųjų medžiagų kiekis reiškia didesnę efektyvių anglies nanovamzdelių dalį viename konteineryje, todėl sumažėja tirpiklio transportavimo ir džiovinimo energijos sąnaudos. Mažas klampumas užtikrina gerą pastos takumą, palengvina transportavimą vamzdynu ir srutų padavimą, nesukeliant klampumo slėgio visai elektrodo srutai. Tačiau daugelis pirkėjų praneša, kad prekyboje parduodamos didelio -kieto- CNT kiekio laidžios pastos klampumas išlieka aukštas, todėl sunku išpilti, arba pasiekiamas mažas klampumas, tačiau dėl pablogėjusio laidumo ir laikymo stabilumo. Didelis kietųjų medžiagų kiekis ir mažas klampumas yra savaime konkuruojantys rodikliai. Suprasti techninius sunkumus, kurie kyla už jų, padeda išvengti atrankos spąstų.
1. Anglies nanovamzdelių esminės medžiagos savybės yra didžiausia kliūtis, trukdanti dideliam kietumui ir mažam klampumui
Itin didelis anglies nanovamzdelių specifinis paviršiaus plotas ir stiprios van der Waals jėgos skatina tarpmolekulinę sąveiką eksponentiškai sustiprėti, kai didėja kietųjų medžiagų kiekis, o tai natūraliai padidina srutų klampumą. Tai yra esminis konfliktas, būdingas medžiagai, ir jo negalima tiesiog apeiti.
Daugiasienių anglies nanovamzdelių savitasis paviršiaus plotas paprastai siekia 180-260 m²/g. Nanovamzdeliai priklauso nuo van der Waals jėgų, kad jie susipainiotų vienas su kitu. Kaskart padidėjus kietųjų medžiagų kiekiui 1-2 procentiniais punktais trumpėja atstumas tarp nanovamzdelių, ženkliai padidėja fizinio įsipainiojimo tikimybė, sparčiai didėja bendras srutų reologinis atsparumas. Įprastomis proceso sąlygomis, kai efektyvus CNT kiekis viršija 6%, klampumas lengvai viršija 15 000 mPa·s, pablogėja takumas ir netgi gali atsirasti gelio pavidalo būsena.
Jei aklai siekiama mažo klampumo tiesiog pridedant didelius kiekius dispergento, iškyla naujų problemų: perteklinis dispergento likutis elektrodo lakšto viduje gali pabloginti ląstelių ciklą ir pabloginti pirmojo{0}}ciklo efektyvumą. Jei nanovamzdeliai sutrumpinami siekiant sumažinti klampumą, mažėja kraštinių santykis, tiesiogiai susilpnėja galimybė sukurti laidų tinklą, o vidinė varža padidėja tuo pačiu kiekiu.
| Įvairių CNT pastos sąlygų palyginimas (NMP sistema, 25 laipsnių) | Efektyvus CNT turinys | Klampumas mPa·s (25 laipsniai) | Pagrindiniai skausmo taškai | Pramonės nuorodos šaltinis |
|---|---|---|---|---|
| Įprasta komercinė pasta | 4-5% | 2000-6000 | Subalansuoti rodikliai, geras bendras stabilumas | GB/T 33818-2017 CNT laidžios pastos nacionalinis standartas |
| Įprasta didelio{0}}kieto-turinio pasta (be mažo-klampumo optimizavimo) | 6-8% | 8000-18000 | Didelis klampumas, sunkus transportavimas ir filtravimas, linkęs į želė laikymą | Ličio baterijų laidžių priedų pramonės išmatuoti duomenys |
| Optimizuota didelio{0}}kieto, mažo{1}}klampumo pasta | 6-8% | 3000-6000 | Aukštas proceso slenkstis, sunku subalansuoti laidumą, saugojimą ir sklaidą | Viešos pirmaujančių medžiagų gamintojų bandymų ataskaitos |
„Shandong Tanfeng“ tikslingai tikrina CNT skersmenį ir ilgį žaliavos stadijoje, vengdamas aklai pasirinkti itin{0}}didelio-vaizdo-santykio vamzdelius, skirtus didelio-kieto, mažo{4}}klampumo produktams. Tai sumažina staigų klampos padidėjimą šaltinyje, išlaikant pakankamą laidumą, išvengiant elektrocheminių savybių aukų tiesiog sutrumpinant vamzdžius.
2. Dispersanto formulės projektavimo sunkumai: klampumo mažinimas nepažeidžiant baterijos elektrocheminių savybių
Labai sunku sukurti specializuotas disperguojančias kompozicijas, tinkamas didelio-kieto ir mažo{1}}klampumo sąlygoms. Pridėjus per mažai dispergento, susidaro aglomeracija ir želė; pridėjus per daug užteršiama ląstelė. Įprasti bendrosios paskirties-dispergentai sunkiai atitinka abu reikalavimus.
Dispersantai adsorbuojasi ant CNT paviršiaus, naudodami sterines kliūtis, kad nanovamzdeliai nesusipainiotų ir taip sumažintų klampumą. Tačiau esant dideliam -kieto -turinio kiekiui, bendras specifinis CNT paviršiaus plotas yra didelis, todėl reikia proporcingai didesnio bendro dispergento kiekio.
Nepakankamas dispergento priedas:Nepilnas nanovamzdelių paviršiaus padengimas sukelia greitą antrinę aglomeraciją didelėje{0}}kietoje aplinkoje, sukeldama želė susidarymą ir sulipimą.
Per didelis dispergento pridėjimas:Dispergento perteklius tirpiklyje lieka laisvas, todėl ličio baterijos įkrovimo ir išsikrovimo metu atsiranda šalutinių reakcijų, sumažėja pirmojo -ciklo kuloninis efektyvumas, pablogėja dujų susidarymas ir paveikiama ciklo trukmė.
Daugelis rinkoje parduodamų pigių-brangių-kietų{2}} pastų naudoja dideles įprastų dispergentų dozes, kad sumažintų klampumą. Nors takumas trumpuoju laikotarpiu gali atrodyti gerai, ciklo nykimas tampa akivaizdus po akumuliatoriaus pagaminimo - pagrindinė priežastis yra nesubalansuotas dispersinių medžiagų santykis. Tuo pačiu metu dispergentas turi būti suderinamas su NMP ir vandens{6}}sistemomis ir neturi prieštarauti vėlesniems PVDF ir CMC-SBR rišikliams.
Shandong Tanfeng naudoja patentuotą sumaišytą dispergentų sistemą, tiksliai kontroliuojančią dispergento dangos santykį. Užtikrindamas pakankamą nanovamzdelių paviršiaus padengimą, jis kontroliuoja laisvo dispergento proporciją, subalansuodamas pastos takumą ir akumuliatoriaus elektrochemines savybes. Kiekviena partija kontroliuojama anglies likučių ir priemaišų likučiai, kad būtų išvengta ląstelių pavojaus, kurį sukelia per didelis dispergentas.
3. Fizinės dispersijos proceso sunkumai: visiškai išskirstyti{1}}be per didelio kirpimo, kuris pažeidžia CNT struktūrą
Esant didelio -kieto- turinio sąlygoms, anglies nanovamzdelių atskyrimo{2}} sunkumai smarkiai padidėja. Nepakankama sklaida sukelia aglomeraciją; per didelis kirpimas pjauna nanovamzdelius, sumažindamas jų kraštinių santykį ir tiesiogiai paaukodamas laidumą. Tai kelia itin aukštus reikalavimus gamybos įrangai ir proceso parametrų kontrolei.
Įprasta granulių frezavimo įranga gali apdoroti mažo -kieto-turinio pastas, tačiau susidūrus su 6-8 % didelio-kieto{5}} turinio medžiagomis, dėl didelio srutos klampumo ir lipnios prigimties šlyties laukas pasiskirsto netolygiai, o tai lengvai sukelia vietinį per mažą šlifavimą{{6}.
Nepakankama šlifavimo jėga:CNT ryšuliai neatidaromi, o suspensijoje yra daug mikro{0}}aglomeratų, todėl D90 dalelių dydis viršija standartus, vėliau filtras užsikemša ir ant elektrodo lapo atsiranda juodų dėmių.
Per didelė šlifavimo / homogenizavimo jėga:CNT yra mechaniškai supjaustomi, todėl žymiai sumažėja kraštinių santykis ir padidėja laidžios perkoliacijos slenkstis. Norint pasiekti tą patį laidumo efektą, reikia padidinti CNT kiekį, kad būtų išvengta didelio kietųjų medžiagų kiekio kainos pranašumo.
Norint pasiekti aukštą kietosios medžiagos kiekį ir mažą klampumą, paprastai reikia kelių{0}}pakopų aukšto-slėgio homogenizavimo kartu su kontroliuojamais šlifavimo procesais, tiksliai kontroliuojant ciklo laiką ir slėgio parametrus. Tai kapitalui- ir technologijoms- imlus procesas, kurį įprastos mažos gamyklos stengiasi stabiliai gaminti{5}}.
„Shandong Tanfeng“ sukonfigūravo kelių{0}}pakopų aukšto-slėgio homogenizavimo gamybos linijas su atskirai kalibruotais proceso parametrais, skirtais didelio-kieto, mažo{3}} klampumo pastoms. D50/D90 dydžio dalelių stebėjimas internetu užtikrina kruopštų atskyrimą, kartu išsaugant CNT kraštinių santykį, išvengiant įprastos pramonės problemos – „vamzdžių sunaikinimas siekiant sklaidos“.
4. Sandėliavimo ir naudojimo stabilumo sunkumai: išlaikyti gamyklinius bandymus, tačiau po saugojimo pastebimas klampumo atšokimas ir želė
Koloidinė sistema, sudaryta iš didelio -kieto-turinio, mažo- klampumo CNT laidžios pastos, yra jautresnė. Laikymo metu ji linkusi į klampumo atsimušimą, minkštą nusėdimą ir želėją, todėl laikymo ir transportavimo sąlygoms taikomi daug griežtesni reikalavimai nei įprasta pasta.
Net jei visi indikatoriai praeina gamyklos patikrinimą, sandėliavimo sandėlyje metu CNT dalelės stiprioje{0}}kietoje sistemoje yra arčiau viena kitos, o van der Waalso jėgos gali lengviau veikti. Kai kurių produktų klampumas yra labai mažas iškart po pagaminimo, tačiau po 30{3}}60 dienų laikymo klampumas nuolat didėja, net virsta gelio pavidalo ir praranda takumą. Pagrindiniai rizikos taškai:
Temperatūros svyravimai turi įtakos dispergento adsorbcijos pusiausvyrai; aukštos{0}}temperatūros aplinka pagreitina klampos atstatymą.
Tolimo{0}}atstumo transporto vibracija sutrikdo koloidinę struktūrą, todėl atvykus susidaro nuosėdos.
Kai susidaro želė, net ir pakartotinai{0}}maišant, kai kurios antrinės aglomeracijos visiškai atkurti nepavyks.
Gamyklos atvejo analizė:Energijos kaupimo įmonė įsigijo 7 % kieto{1}}turinio, mažo{2}} klampumo CNT laidžios pastos. Atvykus klampumas buvo 4200 mPa·s, o tai atrodė gerai. Po 2 mėnesių sandėliavimo sandėlyje klampumas padidėjo iki 13 000 mPa·s, o konteineriuose atsirado želė, todėl visa partija tapo netinkama gamybai.
| Rizikos taškas | Fenomenas | Gamybos poveikis |
|---|---|---|
| Klampumo atšokimas | Po stovėjimo klampumas nuolat didėja | Sunkumai transportuojant vamzdynais; visos srutų sistemos klampumas viršija standartus po sumaišymo |
| Antrinė geliacija | Pasta tampa želė{0}}kaip, praranda takumą | Negalima šerti; visas konteineris išmestas į metalo laužą |
| Pagreitinta sedimentacija | Storos nuosėdos apačioje; didėja re-sklaidos sunkumas | Padidėjęs vidinės varžos kintamumas elektrodų lakštuose po padavimo |
„Shandongo Tanfeng“ atlieka pagreitinto senėjimo ir sedimentacijos bandymus su aukštos -kietosios, mažos{1}} klampos klampomis, imituodamas ilgalaikį-laikymą ir aukštą{3}}temperatūrą, kad būtų atrinktos geresnio koloidinio stabilumo formulės. Produkto specifikacijų lape pateikiamos laikymo temperatūros ir galiojimo trukmės rekomendacijos, taip pat klientų pakartotinio maišymo gairės, sumažinančios saugojimo vietoje{6}}gedimo riziką.
5. Tolesnio proceso pritaikymo sunkumai: didelio-kieto, mažo{2}} klampumo pastos pasirinkimas negali būti pagrįstas tik dviem rodikliais
Renkantis didelio-kieto-turinio, mažo-klampumo CNT laidžią pastą, negalima žiūrėti tik į kietosios medžiagos kiekį ir klampumą. Taip pat reikia atsižvelgti į filtruojamumą, priemaišų lygius ir suderinamumą su anodo/katodo suspensijos sistema; kitu atveju masinės gamybos metu atsiras įvairių problemų.
Daugelis MTEP personalo koncentruojasi tik į kietosios medžiagos kiekį ir klampumą gaminio etiketėje, nepaisydami kitų pagalbinių rodiklių ir masinės gamybos metu susiduria su spąstais:
Nors pasta yra mažo klampumo, joje yra daug mikro{0}}aglomeratų, dėl kurių dažnai užsikemša filtrai akumuliatoriaus gamykloje ir pakartotinai išjungiama gamybos linija, kai keičiamas ekranas.
Nepakankama magnetinių metalų priemaišų kontrolė: didelė{0}}kietumo sistema įneša daugiau priemaišų, todėl padidėja elementų savaiminio{1}}iškrovimo rizika.
Prastas suderinamumas su vandens -silicio anodo sistemomis: įdėjus į maišymo baką, atsiranda sutirštėjimas ir flokuliacija.
Didelė kietoji medžiaga ir mažas klampumas yra išsamūs rodikliai. Į vertinimą turi būti įtrauktas filtravimas, priemaišos, elektrocheminis suderinamumas ir laikymo stabilumas. Pirmenybę teikite nedidelio masto-ir bandomajam patvirtinimui prieš dideles-apimties pirkimus.
6. Visa straipsnio santrauka
Keturi pagrindiniai techniniai sunkumai, susiję su didelio -kieto- kiekio, mažo- klampumo CNT laidžios pasta, yra šie: būdinga stipri medžiagos sąveika, sukelianti natūralų klampumo padidėjimą; disperguojanti formulė, kuri turi subalansuoti klampumo mažinimą ir elektrocheminius šalutinius poveikius; sklaidos procesas, kuriame reikia subalansuoti CNT formato santykio atskyrimą ir apsaugą; o koloidinė sistema yra jautri, linkusi į klampos atšokimą ir želėją saugojimo metu. Pasiekti tik didelį kietosios medžiagos kiekį ir mažą klampumą toli gražu nepakanka; Būtinas stabilumas sandėliuojant, priemaišos ir elektrocheminis suderinamumas.
Didelės{0}}kietos, mažos{1}}klampos CNT laidžios pastos pranašumai yra labai aiškūs,-ji gali padėti ličio baterijų gamykloms sumažinti logistikos, tirpiklių ir džiovinimo išlaidas. Tačiau techninis slenkstis yra aukštas ir tai yra daugiamatė, viena kitą ribojanti techninė sistema, kurios neįmanoma pasiekti tiesiog pakoregavus santykį. Kai kurie rinkoje esantys gaminiai paaukoja laidumą ir ciklo stabilumą dėl patrauklių kietųjų medžiagų kiekio ir klampos parametrų. Rinkdamiesi klientai turi atlikti daugialypį išsamų vertinimą, o ne tik žiūrėti į etiketės parametrus.
Kaip profesionalus CNT laidžios pastos gamintojas, „Shandong Tanfeng“ investavo į didelio{0}}kieto, mažo- klampumo pastos gaminių, turinčių visas žaliavų atrankos, mišraus dispersijos ir stabilumo tikrinimo galimybes, kūrimą. Jis gali pateikti NMP-pagrindo alyvos-didelės-kietos, mažos{6}}klampos pastos pavyzdžius, padėti klientams atlikti nedidelio-masto vertinimus ir kartu teikti saugojimo ir tiekimo proceso rekomendacijas, padedančias akumuliatorių įmonėms įvertinti produkto tinkamumą masinei gamybai.
DUK
Kl.: Ar didelio{0}}kieto-turinio, mažos-klampos CNT laidžios pastos laidumas visada didesnis?
A: Nebūtinai. Jei mažas klampumas pasiekiamas pjaunant nanovamzdelius arba naudojant per daug dispergento, kraštinių santykis sumažėja, o laidumas iš tikrųjų pablogėja. Svarbiausia sutelkti dėmesį į efektyvų CNT kraštinių santykį ir sklaidos būseną.
Kl.: ar didelio{0}}kieto, mažo{1}} klampumo pastai reikia laikyti šaldytuve?
A: Rekomenduojama saugojimo aplinką reguliuoti 10-30 laipsnių kampu ir vengti aukštos-temperatūros. Palyginti su įprasta pasta, didelio-kieto, mažo{6}} klampumo klasės yra jautresnės temperatūros svyravimams. Pabandykite sutrumpinti saugojimo laikotarpį ir įdiegti FIFO (pirmas-į, pirmas išeis) atsargų valdymą.
Kl.: Ar vandens{0}}pagrįstomis sistemomis galima pasiekti didelio-kieto-turinio, mažo-klampumo CNT laidžią pastą?
A: Vandens{0}}sistemoms būdingi stipresni koloidiniai apribojimai. Komercinėmis sąlygomis labai sunku pasiekti tokį patį didelį kietųjų medžiagų kiekį, kaip ir NMP{2}}aliejinių sistemų{3}} pagrindu. Priverstinai padidinus kietųjų medžiagų kiekį, greitai pablogės klampumas ir laikymo stabilumas. Pagrindinis vandens{6}sistemų srautas išlieka 2–5 % diapazone.