آیا محتوای جامد بالاتر همیشه برای خمیر رسانای نانولوله کربنی بهتر است؟

در طول انتخاب افزودنی‌های رسانا برای باتری‌های لیتیومی، خمیر نانولوله کربنی یک ماده اصلی برای بهبود شبکه رسانای الکترود و کاهش مقاومت داخلی باتری است. بسیاری از مهندسان باتری لیتیومی این سوال را دارند: آیا محتوای جامد بالاتر همیشه برای خمیر رسانای نانولوله کربنی بهتر است؟ بسیاری از خریداران بر این باورند که محتوای جامد بالا برابر با عملکرد بالا است، کورکورانه به دنبال شاخص های محتوای جامد بالاتر است، اما در تولید واقعی اغلب با مشکلاتی مانند ویسکوزیته فراتر از استانداردها، تجمع و پوشش ضعیف مواجه می شوند. محتوای جامد تنها یکی از شاخص های خمیر است. نمی توان آن را جدا از سطح پراکندگی، فرآیند خط تولید و سیستم باتری مشاهده کرد. تنها محتوای جامد که با شرایط تولید شما مطابقت دارد، راه حل بهینه است.

1. محتوای جامد بالاتر همیشه بهتر نیست. باید با فرآیند کلی مطابقت داشته باشد

محتوای جامد خمیر رسانای نانولوله کربنی زمانی که بیشتر باشد بهتر نیست. محدود به فرآیند پراکندگی، خواص رئولوژیکی، و تجهیزات پوشش پایین دست، محدوده معقولی وجود دارد. دنبال کردن کورکورانه محتوای جامد بالا در عوض باعث کاهش بازده باتری می شود.

نانولوله‌های کربنی خود نسبت ابعاد بزرگ و سطح ویژه بالایی دارند که آن‌ها را بسیار مستعد درهم‌تنیدگی و تجمع می‌کند. هنگامی که محتوای جامد از آستانه فرآیند فراتر رفت، ادامه افزایش محتوای جامد باعث افزایش تصاعدی ویسکوزیته سیستم می شود. حتی اگر خود پودر CNT از کیفیت عالی برخوردار باشد، اگر فرآیند پراکندگی نتواند ادامه یابد، درهم تنیدگی CNT را نمی توان تحت شرایط محتوای جامد بالا به طور کامل باز کرد و در نتیجه تعداد زیادی ذرات آگلومره ایجاد می شود. این به صورت لکه های سیاه و سوراخ های پین روی صفحه الکترود ظاهر می شود که خطر اتصال کوتاه میکرو{3}}باتری را ایجاد می کند.

بر اساس داده‌های آزمایشی از صنعت افزودنی رسانای باتری لیتیومی، محتوای جامد تجاری خمیر رسانای اصلی NMP- مبتنی بر MWCNT در بازار در محدوده 4%-8% متمرکز است. خمیر رسانای CNT مبتنی بر آب بیشتر در محدوده 2-5٪ نگهداری می شود. خمیر رسانای SWCNT به دلیل راندمان رسانایی بالاتر، مقدار افزودن CNT موثر کمتری دارد.

شاندونگ تانفنگ، با تجربه عمیق در تولید سفارشی خمیر رسانای CNT، کورکورانه محصولات با محتوای فوق‌العاده-پر{1}}جامد- را به مشتریان توصیه نمی‌کند. در عوض، بر اساس تجهیزات اختلاط مشتری، ماشین پوشش و سیستم آند/کاتد، محلول خمیری را ارائه می‌کند که به طور هم‌افزایی با محتوای جامد، ویسکوزیته و اندازه ذرات مطابقت دارد و از خطرات پردازش ناشی از محتوای جامد بالا از منبع جلوگیری می‌کند.

2. مزایای اصلی خمیر رسانای CNT با محتوای بالا-جامد-

خمیر رسانای CNT با محتوای بالا-جامد-ارزش اصلی را در سه بعد ارائه می‌کند: کاهش هزینه، کاهش حلال، و بهبود راندمان اختلاط، و آن را برای خطوط تولید باتری‌های لیتیومی در مقیاس بزرگ مناسب می‌سازد.

کاهش هزینه های حمل و نقل و ذخیره سازی:با همان مقدار تغذیه موثر CNT، خمیر با محتوای{0}}جامد{{1} بالا، جرم کل محصول کمتری دارد، و فشار لجستیک و ذخیره سازی حلال را کاهش می‌دهد، با مزایای هزینه آشکار برای خریدهای بزرگ-.

کاهش مصرف حلال و مصرف کمتر انرژی خشک کردن:NMP یا حلال آب کمتری در طول اختلاط دوغاب پایین دست وارد می‌شود، میزان تبخیر حلال در طول پوشش و خشک شدن ورق الکترود کاهش می‌یابد، مصرف انرژی خشک کردن را کاهش می‌دهد و با نیازهای تولید کاهش کربن کارخانه سازگار می‌شود.

تغذیه راحت تر دوغاب:خمیر با محتوای{0} جامد{1} بالا دارای نسبت بیشتری از CNT های موثر است، نیاز به تغذیه کمتری به مواد اصلی باتری لیتیومی دارد، زمان اختلاط دوغاب را کوتاه می کند و تداخل رقت حلال خارجی در فرمولاسیون سیستم کاتد و آند را کاهش می دهد.

جدول زیر مقایسه کمی از مزایای خمیرهای رسانای CNT با محتویات جامد مختلف را ارائه می دهد:

خلاصه:مزایای محتوای جامد بالا بر این فرض است که پراکندگی دوغاب واجد شرایط و ویسکوزیته قابل کنترل است. اگر پراکندگی با شکست مواجه شود، هیچ یک از مزایای فوق قابل تحقق نیست.

3. معایب اصلی و نقاط درد تولید خمیر رسانای CNT با محتوای بالا-جامد-

خمیر رسانای- جامد-CNT با محتوای بالا آستانه فنی بالاتری دارد و مستعد مشکلاتی مانند خارج شدن ویسکوزیته از کنترل، کاهش پایداری ذخیره‌سازی و افزایش شدید دشواری پراکندگی است که به مواد اولیه و فرآیندهای تولید سخت‌گیرانه نیاز دارد.

نانولوله های کربنی دارای سطح ویژه بزرگی هستند. هنگامی که محتوای جامد افزایش می یابد، فاصله بین مولکول های CNT در داخل سیستم کاهش می یابد، نیروهای بین مولکولی قوی تر می شوند و خواص رئولوژیکی دوغاب به طور قابل توجهی تغییر می کند. نقاط اصلی درد چهارگانه است:

ویسکوزیته افزایش یافته و خواص رئولوژیکی بدتر:برای همان ماده خام CNT، هر 1-2 درصد افزایش در محتوای جامد می تواند باعث چند برابر شدن ویسکوزیته شود. ویسکوزیته بیش از حد می تواند باعث ایجاد مشکل در همزدن کارخانه های باتری لیتیومی، گرفتگی صفحه فیلتر در طول فیلتراسیون، و تسطیح ضعیف و نقص نوار در طول پوشش شود.

کاهش پایداری ذخیره سازی، مستعد ژل شدن و ته نشین شدن:در حالت محتوای{0}}جامد-بالا، CNT ها بیشتر مستعد تجمع ثانویه هستند. پس از ذخیره‌سازی طولانی مدت، ژل شدن و لایه‌بندی رخ می‌دهد که نیاز به هم زدن با شدت بالا قبل از استفاده دارد. اگر هم زدن ناکافی باشد، مستقیماً بر کیفیت ورق الکترود تأثیر می گذارد.

ساخت سخت تر:برای تولید خمیر با محتوای خوب-جامد-، فرمول‌های ویژه مواد خام CNT، پخش‌کننده‌های اختصاصی، و فرآیندهای آسیاب برشی چند مرحله‌ای مورد نیاز است. فرآیندهای تولید معمولی که مستقیماً خمیر-جامد-با محتوای بالا را می‌سازند، منجر به تجمع مقادیر زیادی از CNT و اندازه ذرات D90 فراتر از استانداردها می‌شود.

تحمل فرمولاسیون پایین:در طول ساخت دوغاب باتری پایین‌دست، خمیر{0}}جامد-بالا به دما، رطوبت و سرعت هم زدن حساس‌تر است. نوسانات فرآیند کوچک می تواند بر عملکرد ورق الکترود نهایی تأثیر بگذارد.

شاندونگ تانفنگ بهینه‌سازی‌های فرآیندی را برای نقاط دردناک خمیری با محتوای بالا-جامد- انجام داده است. از طریق غربالگری مواد خام CNT، سیستم‌های پراکندگی سفارشی‌شده و فرآیندهای همگن‌سازی چند مرحله‌ای با فشار بالا، محتوای جامد بالاتری را به دست می‌آورد در حالی که ویسکوزیته را در محدوده معقولی نگه می‌دارد و خطر ژل شدن را کاهش می‌دهد. همه محصولات قبل از ارسال تحت آزمایش ویسکوزیته، اندازه ذرات و پایداری ته نشینی قرار می‌گیرند و خمیر نهایی را به مشتریان ارائه می‌دهند که می‌توان مستقیماً در دستگاه از آن استفاده کرد و هزینه‌های رفع اشکال-سایت را کاهش می‌دهد.

4. چگونه تعیین کنیم که آیا برای خمیر رسانای CNT استاندارد یا بالا{1}}جامد-مناسب هستید یا خیر

هسته انتخاب بستگی به قابلیت اختلاط خط تولید، تجهیزات پوشش و سیستم باتری دارد، نه فقط به تعداد محتوای جامد. اولویت اطمینان از عملکرد پردازش ماشین است.

منطق انتخاب زیر قابل ارجاع است:

کارخانه های باتری قدرت بزرگ و باتری های ذخیره انرژیبا قدرت مخزن اختلاط کافی و شرایط آزمایش کامل دوغاب، می‌توان ارزیابی خمیر رسانای-جامد-CNT با محتوای واجد شرایط را برای درک مزایای کاهش هزینه در اولویت قرار داد.

کارخانه‌های باتری‌سازی کوچک و متوسط-و مراحل آزمایشی آزمایشگاهی-با قدرت تجهیزات اختلاط محدود باید 4-5٪ خمیر محتوای جامد استاندارد را در اولویت قرار دهید، که یک پنجره فرآیند گسترده‌تر را ارائه می‌دهد و خطر خرابی اشکال زدایی را کاهش می‌دهد.

سیستم‌های آند مبتنی بر سیلیکون-که به رئولوژی و پایداری دوغاب حساس هستند، نباید کورکورانه محصولات با محتوای فوق العاده-پر{1}}جامد- را انتخاب کنند. اولویت باید به نمرات سازگار با-سیستم مبتنی بر آب-منطبق داده شود.

خمیر رسانای SWCNT،به دلیل راندمان رسانایی بالا، نیازی به دنبال کردن محتوای جامد بالا ندارد. تمرکز باید روی مقدار موثر افزودن CNT باشد.

نکته صنعت:بسیاری از خریداران به راحتی کل محتوای جامد را با محتوای موثر CNT اشتباه می گیرند. مجموع محتوای جامد شامل CNT + مواد پراکنده است. هنگام خرید، حتماً شاخص محتوای مؤثر CNT را بررسی کنید، نه فقط کل محتوای جامد را.

5. چگونه می توان خمیر رسانای CNT با محتوای بالا-جامد- را انتخاب کرد؟

محتوای جامد بالاتر در خمیر رسانای CNT به معنای عملکرد بهتر نیست. محتوای جامد بالا یک شمشیر-دولبه است. مزایای کاهش هزینه و کاهش حلال است. کاستی ها عبارتند از افزایش سختی پراکندگی، ویسکوزیته و فشار پایداری ذخیره سازی. مبادله باید-بر اساس شرایط خط تولید خودتان انجام شود.

محتوای جامد تنها یکی از چندین شاخص است. هنگام ارزیابی یک خمیر رسانای CNT، چندین شاخص باید به طور همزمان بررسی شوند: محتوای موثر CNT، ویسکوزیته، توزیع اندازه ذرات، پایداری ذخیره‌سازی، محتوای ناخالصی فلز، و غیره. اگر شرایط خط تولید اجازه می‌دهد، می‌توان محصولاتی با محتوای{2}}جامد{3} بالا از تولیدکنندگان با فرآیندهای بالغ انتخاب کرد. اگر شرایط تجهیزات متوسط ​​باشد، خمیر محتوای جامد استاندارد در عوض می تواند بازده تولید پایدارتری را به ارمغان آورد.

به عنوان یک تولید کننده خمیر رسانای CNT حرفه ای، شاندونگ تانفنگ دارای محصولات چند مشخصات-هم برای سیستم های مبتنی بر NMP-و هم برای سیستم های مبتنی بر آب-است. این می‌تواند خمیر محتوای جامد استاندارد استاندارد بالغ را ارائه کند، و همچنین می‌تواند خمیر رسانای CNT قابل کنترل-قابل کنترل-با ویسکوزیته بالا-جامد-بر اساس تجهیزات خط تولید مشتری و فرمول‌بندی باتری، ارائه خدمات پشتیبانی از تست نمونه، هماهنگی فنی و فرآیند اشکال‌زدایی را ایجاد کند تا به شرکت‌های باتری کمک کند تا از انتخاب اشتباه محتوای باتری جلوگیری کنند.

سوالات متداول

س: آیا خمیر رسانای-جامد-CNT با محتوای بالا همیشه رسانایی قوی‌تری دارد؟

پاسخ: نه لزوما. اگر پراکندگی خمیر با محتوای بالا-جامد- از کار بیفتد و CNT ها به شدت آگلومره شوند، رسانایی در واقع کاهش می یابد. چیزی که واقعا هدایت را تعیین می کند، محتوای موثر CNT و حالت پراکندگی است، نه کل محتوای جامد.

س: آیا می توان خمیر{0}}جامد-را با آب یا NMP در سایت- رقیق کرد؟

پاسخ: رقیق کردن دلخواه در سایت-توصیه نمی‌شود. رقیق‌سازی، تعادل جذب ماده پراکنده را مختل می‌کند و به راحتی باعث تجمع ثانویه می‌شود. در صورت نیاز به تنظیم، توصیه می شود که سازنده تنظیم فرمولاسیون را قبل از ارسال انجام دهد.

س: محتوای جامد خمیر رسانای CNT مبتنی بر آب-به چه میزان می‌تواند برسد؟

پاسخ: محتوای جامد اصلی خمیر رسانای CNT مبتنی بر آب تجاری-2-5٪ است. با توجه به محدودیت‌های سیستم پراکندگی مبتنی بر آب{4}، دستیابی به محتوای جامد بالا مانند سیستم‌های مبتنی بر NMP دشوار است. بالا بردن اجباری محتوای جامد باعث کاهش شدید ویسکوزیته می شود.