خمیر رسانای نانولوله کربنی یک افزودنی رسانا ضروری برای تهیه الکترود باتری لیتیومی است. مسیر حلال برای خمیر به سیستم سنتی-بر پایه روغن-NMP و سیستم مبتنی بر آب{3}}در حال ظهور تقسیم می‌شود. بیشتر و بیشتر تولید کنندگان باتری شروع به بررسی می کنند: آیا حلال NMP به طور کامل جایگزین می شود؟ پیشرفت واقعی سیستم مبتنی بر آب-در زمینه باتری لیتیومی چقدر است؟ خمیر رسانای نانولوله کربنی باید با کدام مسیر فرآیند مطابقت داشته باشد؟ با اجرای کنترل جهانی VOC و مقررات باتری اتحادیه اروپا، انتخاب مسیر حلال به یک موضوع اصلی در برنامه ریزی خط تولید و تکرار فرمولاسیون تبدیل شده است. این مقاله، همراه با عمل تولید انبوه، به طور عینی روند جایگزینی NMP، وضعیت صنعتی شدن فعلی فرآیند مبتنی بر آب را تجزیه و تحلیل می کند و راه حل های سازگاری خمیر رسانای CNT را ارائه می دهد.
1. حلال NMP دارای روند جایگزینی طولانی مدت است، اما در کوتاه مدت نمی توان آن را به طور کامل حذف کرد.
NMP با توجه به مقررات زیست محیطی و هزینه های بازیابی، با روند جایگزینی مداوم مواجه است. با این حال، محدود به پایداری مواد کاتد NCM نیکل بالا-، الگویی از مسیرهای مبتنی بر نفت و آب
NMP (N-متیل پیرولیدون) یک حلال اختصاصی برای سیستم بایندر PVDF است و همچنین محیط پراکندگی خمیر رسانای سنتی CNT مبتنی بر روغن{1} است. مقررات REACH اتحادیه اروپا و سیاست های داخلی کنترل VOC هر دو NMP را به عنوان یک ماده نگران کننده فهرست می کنند. مسائلی مانند سمیت تولیدمثلی، سرمایه گذاری زیاد در تجهیزات بازیابی و نوسانات قیمت مواد خام، صنعت را مجبور به جستجوی جایگزین می کند.
با این حال، واقعیت صنعتی شدن به همان اندازه روشن است: مواد NCM{0}نیکل بالا مستعد استخراج لیتیوم و انحلال فلزات واسطه در تماس با آب هستند و کلکتور جریان آلومینیومی را خورده می‌کنند. خمیرهای پایه آب-برای الکترودهای ضخیم{3} با تراکم بالا بیشتر مستعد ترک خوردگی ورق الکترود هستند. بسیاری از شرکت‌های پیشرو باتری، استراتژی تعویض گام به گام را اتخاذ می‌کنند: خطوط تولید آند و LFP، تبدیل مبتنی بر آب را اولویت‌بندی می‌کنند، در حالی که خطوط تولید برق نیکل بالا، فرآیند مبتنی بر NMP-روغن پایه- را حفظ می‌کنند.
مقایسه کمی سیستم مبتنی بر NMP-روغن پایه-سیستم مبتنی بر آب-
| بعد مقایسه | سیستم مبتنی بر NMP-روغن پایه- (خمیر رسانا بر پایه روغن-) | سیستم مبتنی بر آب-(خمیر رسانا بر پایه آب | تاثیر صنعتی |
|---|---|---|---|
| حلال هسته | حلال آلی NMP | آب دیونیزه شده | بر پایه آب{0}}به طور قابل توجهی هزینه خرید حلال را کاهش می دهد |
| مطابق با کلاسور | PVDF | CMC/SBR، پلی اکریلیک اسید{0}بر پایه آب | سیستم های بایندر را نمی توان خودسرانه مخلوط کرد |
| فشار محیطی | بالا، به تجهیزات بازیابی بزرگ نیاز دارد | انتشار کم، VOC به طور قابل توجهی کاهش یافته است | کارخانه‌های باتری که به خارج از کشور صادر می‌کنند، مسیر مبتنی بر آب-را ترجیح می‌دهند |
| پایداری خمیر | دوره ذخیره سازی طولانی، CNT ها مستعد تجمع نیستند | حساس به pH، نیاز به پخش کننده CNT اختصاصی دارد | اشکال زدایی فرمول{0}خمیر مبتنی بر آب آستانه بالاتری دارد |
| مواد کاتدی مناسب | LFP، طیف کامل NCM/NCA | بالغ برای LFP؛ NCM{0}}نیکل بالا هنوز به طور مداوم در حال تأیید است | NCM قدرتمند-هنوز تا حد زیادی از سیستم مبتنی بر NMP- استفاده می‌کند |
| مصرف انرژی خشک کردن پوشش | بالا، به سیستم بازیابی حلال نیاز دارد | نسبتاً کم، باعث صرفه جویی در سرمایه گذاری بازیابی NMP می شود | خطوط تولید ذخیره‌سازی انرژی جدید با راه‌حل‌های{0}} مبتنی بر آب دارای مزیت هزینه‌ای هستند |
| مشکل پراکندگی CNT | CNT های متوسط، سازگاری عالی دارند | CNT ها نسبتاً بالا آبگریز هستند و مستعد تجمع هستند | به خمیر رسانای CNT بر پایه-آب از پیش تصفیه شده-بر پایه CNT از قبل تصفیه شده نیاز دارد |
مرجع:علم و فناوری ذخیره انرژیبررسی صنعت و داده‌های فرآیند در دسترس عموم از-کارخانه‌های باتری درجه اول. بسیاری از شرکت‌ها در تبدیل خود شکست می‌خورند زیرا مستقیماً از خمیر رسانای CNT مبتنی بر روغن در سیستم‌های مبتنی بر آب- استفاده می‌کنند که منجر به لخته‌سازی، رسوب‌گذاری و عدم ایجاد شبکه رسانا می‌شود. شاندونگ تانفنگ به طور مستقل خمیرهای رسانای CNT را مناسب برای هر دو سیستم توسعه داده است: خمیر پایه روغن-به شدت نشانگرهای رطوبت را کنترل می کند. خمیر پایه آب{6} از فناوری اصلاح سطح CNT برای بهبود آبگریزی و کاهش خطر تجمع استفاده می کند.
2. وضعیت واقعی کاربرد سیستم‌های مبتنی بر آب-در باتری‌های لیتیومی
فرآیند مبتنی بر آب-برای آند باتری لیتیومی کاملاً رایج شده است. کاتدهای LFP به نفوذ تولید انبوه در مقیاس کوچک- دست یافته اند. مسیر{2}}مبتنی بر آب برای کاتدهای NCM نیکل زیاد-هنوز در مرحله آزمایشی و تأیید دسته‌ای کوچک- است، با یک چرخه پیشرفت فنی که هنوز قبل از صنعتی‌سازی در مقیاس بزرگ مورد نیاز است.
2.1 آندهای مبتنی بر آب
آندهای گرافیت مدت‌هاست که سیستم مبتنی بر آب CMC+SBR را به کار گرفته‌اند و خمیر رسانای CNT مبتنی بر آب بسیار گسترده است. در سیستم‌های آند گرافیت معمولی، فرآیند مبتنی بر آب{4}}از نظر فنی پایدار با عملکرد قابل کنترل است. باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی خانگی و آندهای باتری دو چرخ تقریباً کاملاً مبتنی بر آب- هستند.
سناریو برای سیلیکون-آندهای مرکب کربن به وضوح متمایز است: سیلیکون معمولی-کربن می‌تواند از سیستم مبتنی بر آب- استفاده کند. آندهای با محتوای{3}}سیلیکون{4} بالا اغلب از محلول مبتنی بر NMP{5}}روغن پایه- برای کاهش هیدرولیز ذرات سیلیکون و فروپاشی چرخه استفاده می‌کنند.
2.2 کاتدهای مبتنی بر آب- LFP: نفوذ تولید انبوه ثابت
LFP دارای پایداری شیمیایی عالی و مقاومت فوق العاده در برابر هیدرولیز است که آن را به بهترین نقطه ورود برای فرآیند کاتد{0}} مبتنی بر آب تبدیل می کند. بسیاری از تولیدکنندگان باتری های ذخیره انرژی مستقیماً راه حل های کاتد مبتنی بر آب را برای خطوط تولید جدید، همراه با خمیر رسانای CNT مبتنی بر آب اختصاصی- برنامه ریزی می کنند که به طور موثر سرمایه گذاری تجهیزات NMP و هزینه های عملیات و نگهداری محیطی را کاهش می دهد. محدودیت های فعلی بر روی فرآیند خشک کردن ورق الکترود پوشش ضخیم و کنترل انعطاف پذیری ورق الکترود متمرکز شده است.
2.3 کاتدهای NCM بر پایه آب-نیکل بالا-: هنوز تولید انبوه نشده است
مواد NCM{0}}نیکل بالا دارای فعالیت شیمیایی بالایی هستند. در تماس با آب، واکنش های جانبی رخ می دهد که باعث افزایش شدید قلیاییت دوغاب، خوردگی فویل آلومینیومی و کاهش عمر چرخه سلولی می شود. در حال حاضر، صنعت عمدتاً از طریق پوشش مواد، افزودنی‌های بافر pH و چسباننده‌های{3} جدید مبتنی بر آب، عیوب را کاهش می‌دهد، اما عملکرد کلی و عمر چرخه هنوز نمی‌تواند با مسیر NMP بالغ مطابقت داشته باشد. فعلاً باتری‌های-بالاترین وسیله نقلیه مسافربری به سرعت به کاتدهای مبتنی بر آب-تغییر نخواهند داد.
نقاط درد اصلی فرآیند مبتنی بر آب-
ماهیت آبگریز CNT ها به این معنی است که پودر معمولی به راحتی وارد آب می شود. باید از خمیر رسانای CNT{0}}بر پایه آب سفارشی استفاده شود.
کشش سطحی بیشتر آب باعث می‌شود صفحات الکترود پوشش داده شده ضخیم{0}}در معرض خشک شدن، ترک خوردن و ریزش مواد ناهموار باشند.
رئولوژی دوغاب به دما و pH حساس است و یک پنجره کنترل تولید باریک دارد.
شاندونگ تانفنگ فرمول‌های خمیر رسانا بر پایه آب را برای سناریوهای باتری لیتیومی مبتنی بر آب-بهینه‌سازی کرده است، محدوده‌های پیشنهادی سازگاری pH را ارائه می‌کند، مشکلات ژل‌سازی و لایه‌بندی دوغاب را کاهش می‌دهد، و به شرکت‌های باتری کمک می‌کند چرخه اشکال‌زدایی فرآیند را کوتاه کنند.
3. چگونه خمیر رسانای نانولوله کربنی را با مسیر حلال مطابقت دهیم؟ راهنمای انتخاب عملی
هنگامی که مسیر حلال مشخص شد، سیستم خمیر رسانای CNT باید مطابق با آن باشد. مخلوط کردن خودسرانه خمیرهای-روغنی و آب- ممنوع است. اولویت باید به تایید سیستم سازگاری خمیر با سازنده مواد اولیه داده شود.
سناریوی 1: خط تولید NMP-روغن مبتنی بر-فرآیند مبتنی بر NMP را حفظ می‌کند (قدرت سه‌گانه،-باتری‌های نیکل بالا،-آندهای سیلیکونی بالا)
توصیه شده:خمیر رسانای CNT مبتنی بر روغن NMP{0}}.
مزایا:CNT ها به طور کامل پراکنده هستند، ذخیره سازی خمیر پایدار، سازگار با بایندر PVDF، مناسب برای همه انواع مواد کاتدی است، و شبکه رسانا پایدار است. خمیر رسانای CNT مبتنی بر روغن شاندونگ تانفنگ، رطوبت کمتر یا مساوی 1500 ppm را به شدت کنترل می‌کند تا از ژل شدن PVDF جلوگیری کند، و آن را برای تولید انبوه باتری استوانه‌ای بزرگ 4680 و با سرعت{4} بالا مناسب می‌کند.
سناریوی 2: خط تولید مسیرهای مبتنی بر آب را برنامه ریزی می کند-(LFP ذخیره انرژی، آندهای گرافیتی، پوشش های ضد{2}}استاتیک)
توصیه شده:خمیر رسانای CNT مبتنی بر آب-.
باید سطحی-لیتیومی اصلاح‌شده-باتری-را انتخاب کنید. پودر CNT نباید مستقیماً توسط مشتری در آب پراکنده شود. خمیر رسانای CNT مبتنی بر آب شاندونگ تانفنگ از یک سیستم پراکندگی{5}}خود توسعه یافته استفاده می‌کند و نیاز مشتریان را به خرید مقادیر زیادی از مواد پراکنده بی نیاز می‌کند. با سیستم‌های چسبنده مبتنی بر آب-CMC/SBR سازگار است و نیازهای تولید باتری‌های ذخیره انرژی را کاهش می‌دهد و سازگار با محیط زیست است.
اشتباهات رایج در انتخاب
با اعتقاد به این که «خمیر{0}}آب ارزان‌تر است» و کورکورانه خطوط تولید را مقاوم‌سازی می‌کند، هزینه‌های رفع اشکال فرآیند و تلفات محصول را نادیده می‌گیرد.
افزودن مستقیم خمیر رسانای CNT مبتنی بر روغن-به مخازن اختلاط مبتنی بر آب- که باعث لخته شدن دوغاب و ریزش آن می‌شود.
استفاده از پودر CNT معمولی در سیستم‌های{0} مبتنی بر آب، که منجر به پراکندگی ناکافی، افزایش مقدار افزودن و مقاومت داخلی بالاتر می‌شود.
4. پیش بینی توسعه مسیر صنعت و توصیه های اجرایی کارخانه
در کوتاه مدت (3{1}}5 سال)، سیستم-NMP مبتنی بر نفت و سیستم مبتنی بر آب-به صورت موازی توسعه خواهند یافت. ذخیره انرژی و باتری‌های انتقال با سرعت کم-تبدیل به آب را تسریع می‌کنند-. باتری‌های-بالاترین وسیله نقلیه مسافربری هنوز عمدتاً از فرآیند روغن- استفاده می‌کنند. به خطوط تولید جدید توصیه می شود فضای تبدیل سازگاری دو خط را رزرو کنند.
برای شرکت های انرژی جدید که قصد ارتقای فرمولاسیون یا ارتقاء خط تولید را دارند، می توان به ایده های اجرایی زیر اشاره کرد:
تمایز موقعیت یابی محصول:برای محصولاتی که بر ذخیره انرژی و LFP تمرکز می‌کنند، مسیر{0}مبتنی بر آب را اولویت‌بندی کنید و با نمونه‌های خمیر رسانای CNT مبتنی بر آب- متصل شوید. برای آندهای سیلیکونی-بالا-بالا-و{4}}بهینه سازی سیستم مبتنی بر روغن NMP-در کوتاه مدت ادامه دهید.
آزمایش مواد همزمان:هنگام تبدیل مسیر حلال، بایندر و خمیر رسانای CNT باید به طور همزمان تحت آزمایش گرادیان قرار گیرند. یک ماده خام را نباید به تنهایی تغییر داد.
از قبل با تولیدکنندگان خمیر در ارتباط باشید:برای بررسی پایداری خمیر، مقاومت الکترود و عملکرد چرخه سلولی، نمونه‌های کوچکی از سیستم مربوطه را درخواست کنید.
Shandong Tanfeng New Material، به عنوان یک تولید کننده حرفه ای خمیر رسانای CNT، به طور همزمان -روغن مبتنی بر NMP{1}}خمیر رسانای CNT مبتنی بر NMP و خمیر رسانای CNT مبتنی بر آب{3}} را انبوه تولید می‌کند که دسته‌های MWCNT و FWCNT را پوشش می‌دهد. بر اساس سیستم باتری مشتری و مسیر حلال خط تولید موجود، آنها می‌توانند آزمایش نمونه و راهنمایی فرآیند پراکندگی را ارائه دهند، راه حلی یک-برای انتخاب خمیر رسانای CNT، سازگاری خمیر، و مسائل مربوط به تجمع پراکندگی ارائه دهند.