چگونه از دوغاب رسانای نانولوله کربنی در کاتد/آند باتری لیتیومی استفاده کنیم؟

در فرآیند اختلاط دوغاب باتری لیتیومی، دوغاب رسانای CNT به یک افزودنی رسانای اصلی تبدیل شده است. فرآیندهای کاربرد، نسبت های افزودن، و الزامات پراکندگی برای دوغاب CNT بین سیستم های کاتد و آند بسیار متفاوت است. بسیاری از کارخانه های پردازش باتری لیتیومی به سادگی پارامترهای تغذیه یکسانی را برای هر دو اعمال می کنند، که می تواند منجر به مشکلاتی مانند مقاومت داخلی ورق الکترود بالا، رئولوژی دوغاب غیرعادی و عمر چرخه نامرغوب شود. روشن کردن منطق کاربردهای مختلف برای کاتدها و آندها، و تطبیق آنها با نمرات دوغاب مناسب، کلیدی برای استفاده کامل از مزایای شبکه رسانای برد بلند CNTها است. شاندونگ تانفنگ بر تحقیق و توسعه و تولید دوغاب‌های رسانای CNT برای باتری‌های لیتیومی تمرکز می‌کند، و محصولات متناسب با کاتدها و آندها را توسعه می‌دهد تا به تولیدکنندگان باتری کمک کند تا فرآیندهای ساخت دوغاب{5}} خود را ساده کرده و عملکرد الکتروشیمیایی الکترود را تثبیت کنند.

I. تفاوت های کاربردی هسته بین کاتد و آند

دوغاب رسانای CNT برای کاتدها بر ساخت مسیرهای رسانا در سطوح افزودن کم، مناسب برای سیستم‌های مبتنی بر روغن NMP تمرکز دارد. کاربردهای آند به آندهای گرافیت و آندهای مبتنی بر سیلیکون-تقسیم می‌شوند که با فرآیندهای مبتنی بر روغن-و فرآیندهای مبتنی بر آب{4}} سازگار هستند. آندهای مبتنی بر سیلیکون{6}}نیازهای بیشتری برای نسبت ابعاد CNT و چقرمگی دوغاب دارند. از دوغاب یکسان نباید به جای یکدیگر برای هر دو استفاده شود.

مواد فعال کاتدی چگالی تراکم بالایی دارند. عامل رسانا در درجه اول شکاف بین ذرات را پر می کند تا از افزایش مقاومت داخلی جلوگیری کند. علاوه بر رسانایی، آند باید افزایش حجم مواد را نیز بافر کند، به‌ویژه برای آندهای مبتنی بر سیلیکون، جایی که CNT‌ها نیاز به تشکیل یک شبکه متصل به هم انعطاف‌پذیر دارند تا از شکستن مسیرهای رسانا جلوگیری کنند. پارامترهای کلیدی برای سناریوهای مختلف به شرح زیر است:

شاندونگ تانفنگ محصولات را برای سناریوهای مختلف تقسیم بندی می کند. سری FB برای کاتدهای مبتنی بر روغن{1}}با کنترل دقیق ناخالصی برای کاهش واکنش های جانبی باتری طراحی شده است. سری‌های مبتنی بر آب{3}}FB برای گرافیت و سیلیکون-آندهای کربن مناسب است، پایداری پراکندگی خوبی ارائه می‌دهد و با محیط‌های تولید دوغاب{5}}آبی سازگار است، بنابراین مشتریان نیازی به تنظیم مکرر فرآیندهای پراکندگی ندارند.

II. نحوه استفاده از دوغاب رسانا CNT در کاتدهای باتری لیتیومی

برای استفاده از کاتد، دوغاب رسانای CNT ترجیحاً باید از طریق یک روش اختلاط پیش{0} اضافه شود، نه اینکه به صورت خشک{1}} مستقیماً با پودرهای فعال مخلوط شود. تمرکز بر کنترل ظرافت دوغاب و محتوای ناخالصی برای مطابقت با شرایط عملکرد کاتد ولتاژ بالا است.

تولید کاتد بیشتر از سیستم حلال NMP استفاده می کند. روش استاندارد عملیاتی عبارت است از:

بایندر PVDF را به طور کامل در NMP حل کنید تا محلول بایندر تهیه شود.

دوغاب رسانای CNT را اضافه کنید و با سرعت کم هم بزنید تا از قبل مخلوط شوند و اجازه دهید CNTها ابتدا در محلول بایندر پخش شوند.

مواد فعال کاتدی و عامل رسانای کربن سیاه را به ترتیب اضافه کنید، سپس سرعت همزدن را برای پراکندگی با سرعت بالا-افزایش دهید.

هنگامی که ویسکوزیته و ظرافت استانداردها را برآورده کرد، دوغاب را فیلتر کرده و به فرآیند پوشش منتقل کنید.

نکات کلیدی عملیاتی:

دوغاب رسانای CNT را مستقیماً در پودرهای خشک با محتوای{0}}جامد{{1} بالا نریزید، زیرا به راحتی می‌تواند باعث ایجاد آگلومره شود.

برای سیستم‌های NCM، ناخالصی‌های فلزی را به شدت کنترل کنید تا از تخلیه{0}خود باتری جلوگیری کنید. دوغاب مخصوص کاتد شاندونگ تانفنگ-به شدت ناخالصی‌های فلزی مانند آهن و مس را کنترل می‌کند و قبل از ارسال، چند مرحله‌ای تصفیه و فیلتر می‌شود.

برای سیستم های LFP، استفاده از CNT ها در ترکیب با کربن سیاه می تواند عملکرد نرخ و هزینه را متعادل کند و نتایج بهتری نسبت به استفاده از کربن سیاه به تنهایی داشته باشد.

بازخورد کارخانه نشان می‌دهد که برخی از شرکت‌ها دوغاب CNT را خیلی دیر در فرآیند یا در مخازن اختلاط با سرعت بالا با زمان اختلاط ناکافی اضافه می‌کنند. این منجر به از هم گسیختگی ناقص CNT می شود که منجر به امپدانس محلی بالای صفحه الکترود و کاهش ولتاژ در طول تست نرخ می شود. تنظیم ترتیب تغذیه ضروری است.

III. نحوه استفاده از دوغاب رسانای CNT در آندهای باتری لیتیومی

هر دو آند کربن و گرافیت-سیلیکون می‌توانند از دوغاب رسانای CNT استفاده کنند. آندهای مبتنی بر آب- جریان اصلی هستند. توالی تغذیه باید قبل از{4} اختلاط با محلول بایندر CMC را در اولویت قرار دهد. برای آندهای کربن-سیلیکون، افزودن پایه خشک-باید به طور مناسب افزایش یابد، و باید به رئولوژی و الاستیسیته دوغاب توجه شود.

دوغاب استاندارد-فرایند ساخت برای آب-آندهای گرافیتی مبتنی بر:

CMC را در آب خالص حل کنید تا محلول بایندر تهیه شود.

دوغاب رسانای CNT را اضافه کنید و با سرعت کم مخلوط کنید تا یکنواخت شود.

گرافیت/سیلیکون-مواد فعال کربن و کربن سیاه رسانا را اضافه کنید، سپس پراکندگی{1}}سرعت بالا را انجام دهید.

در نهایت، بایندر SBR را اضافه کنید و با سرعت کم مخلوط کنید تا ویسکوزیته تنظیم شود و آماده سازی دوغاب آند کامل شود.

جزئیات فرآیند حیاتی:

لاتکس SBR نباید برای مدت طولانی با دوغاب رسانای CNT با سرعت بالا مخلوط شود، زیرا می تواند باعث دمولسیفیکاسیون شود. باید در پایان فرآیند با سرعت کم اضافه شود.

نیازی نیست که پایه خشک-آندهای گرافیت معمولی بیش از حد زیاد باشد. مصرف بیش از حد می تواند نسبت بایندر را فشرده کند و منجر به ریزش پودر ورق الکترود شود.

مواد سیلیکونی موجود در آندهای کربن{0} سیلیکونی انبساط زیادی از خود نشان می دهند. آنها برای تشکیل یک شبکه انعطاف پذیر به CNT ها متکی هستند. بنابراین، مقدار اضافه بیشتر از آندهای گرافیت معمولی در شرایط مشابه است.

دوغاب رسانای CNT مبتنی بر آب FB شاندونگ تانفنگ با سیستم‌های آند مبتنی بر آب- سازگار است و سازگاری خوبی با CMC و SBR با حداقل خطر لخته‌سازی نشان می‌دهد. بسیاری از تولیدکنندگان آند کربن سیلیکون مستقیماً این درجه را اتخاذ می کنند و زمان توسعه فرمولاسیون آنها را کاهش می دهد.

IV. مشکلات رایج در استفاده از دوغاب رسانای CNT برای کاتدها و آندها

اختلاط نامناسب گریدها، استفاده از توالی تغذیه اشتباه و افزایش کورکورانه مقدار افزودن سه مشکل رایج در استفاده از دوغاب CNT بر روی کاتدها و آندها هستند. اینها می توانند مستقیما باعث دوغاب غیرعادی و عملکرد باتری شوند.

بسیاری از کارخانه ها، به دنبال سادگی، از یک نوع دوغاب CNT برای کاتد و آند استفاده می کنند. با این حال، سیستم های مختلف دارای مشخصات پخش کننده و ناخالصی متفاوتی هستند. در حالی که ممکن است مشکلات در ابتدا ظاهر نشوند، مشکلاتی مانند تخلیه خود- و ناهنجاری های دوچرخه سواری در طول تولید انبوه ظاهر می شوند. شاندونگ تانفنگ توصیه‌های انتخاب درجه را بر اساس شیمی باتری مشتری ارائه می‌کند تا از تلفات تولید ناشی از درجه‌های ناهماهنگ جلوگیری کند.

V. توصیه هایی برای بازرسی مواد ورودی و آزمایشات فرآیند

انجام راستی آزمایی مواد ورودی قبل از تولید بسیار مهم است. فقط به مشخصات محتوای جامد تکیه نکنید. تست‌های ظرافت، مقاومت، و سازگاری را در آزمایش‌های کوچک-ترکیب کنید تا مناسب بودن تجهیزات اختلاط خاص خود را قبل از افزایش سطح تولید تأیید کنید.

پس از دریافت نمونه دوغاب رسانای CNT، ابتدا گزارش تست کارخانه را با توجه به محتوای جامد، محتوای CNT، ناخالصی های فلزی و ظرافت بررسی کنید.

آزمایش‌های دوغاب در مقیاس کوچک- را با تقلید از فرآیند خط تولید انجام دهید. تراکم یا لخته شدن را مشاهده کنید و ویسکوزیته دوغاب و مقاومت ورق الکترود را آزمایش کنید.

به محض اینکه آزمایش‌های الکتروشیمیایی-در مقیاس کوچک به پایان رسید، به تدریج به آزمایش‌های آزمایشی و در نهایت به تولید انبوه تبدیل شوید.

الزامات ذخیره سازی سازنده را دنبال کنید، از آب بندی مناسب و کنترل دما اطمینان حاصل کنید، و قبل از استفاده، دوغاب را کاملاً دوباره- هم بزنید.

شاندونگ تانفنگ می‌تواند نمونه‌های آزمایشی را به مشتریان تعاونی ارائه دهد و پشتیبانی فنی ارائه می‌دهد. تیم ما می تواند در مورد دنباله های تغذیه، سرعت هم زدن و مدت زمان اختلاط متناسب با تجهیزات موجود مشتری توصیه کند و به کوتاه کردن چرخه اشکال زدایی فرمول آنها کمک کند.

کاربرد دوغاب رسانای CNT در کاتدها و آندهای باتری لیتیومی قابل تعمیم نیست. کاتدها عمدتاً از سیستم‌های مبتنی بر روغن{1}NMP استفاده می‌کنند که به دنبال ناخالصی‌های کم و سطوح اضافه نسبتاً کم هستند. آندها عمدتاً از سیستم‌های مبتنی بر آب-استفاده می‌کنند و آندهای کربن{4}سیلیکونی اهمیت بیشتری برای شبکه رسانای انعطاف‌پذیر ساخته شده توسط CNT‌ها دارند. اجتناب از اختلاط خودسرانه درجات مختلف سیستم و کنترل دقیق ترتیب تغذیه و فرآیند هم زدن بسیار مهم است. انتخاب دوغاب رسانای CNT مناسب و ترکیب آن با اعتبارسنجی مقیاس کوچک تنها راه برای درک کامل مزایای هدایت CNT است. شاندونگ تانفنگ یک ماتریس محصول جامع از دوغاب های رسانای CNT اختصاصی برای هر دو کاتد و آند، همراه با راه حل های فرآیندی را ارائه می دهد تا به تولیدکنندگان باتری های لیتیومی برای دستیابی به تولید پایدار کمک کند.