دوغاب رسانای نانولوله کربنی تک دیواره: چگونه بین دوغاب‌های مبتنی بر آب-روغن NMP- انتخاب کنیم؟

در طول فرآیند انتخاب مواد برای باتری‌های لیتیومی، بسیاری از مهندسان تحقیق و توسعه با انتخاب سیستم حلال برای دوغاب رسانای SWCNT مشکل دارند. اگرچه عملکرد نانولوله‌های کربنی بین نسخه‌های مبتنی بر آب و روغن NMP{2}} مشابه است، سیستم‌های پخش‌کننده، سازگاری و شرایط پردازش آنها بسیار متفاوت است. انتخاب سیستم اشتباه می تواند منجر به مشکلاتی مانند لخته سازی دوغاب، شکست پراکندگی و افزایش سرسام آور امپدانس الکترود در طول تولید انبوه شود. روشن کردن مرزهای قابل اجرا دو نوع دوغاب و تطبیق آنها با فرآیند اختلاط موجود در کارخانه برای استفاده کامل از مزایای اصلی SWCNTها ضروری است: رسانایی بالا و سطوح اضافه کم. شاندونگ تانفنگ می‌تواند هم دوغاب SWCNT مبتنی بر آب-و هم روغن NMP{7}} را تامین کند، و تنظیمات فرمولاسیون را برای سیستم‌های اختلاط مختلف تکمیل کرده است تا به تولیدکنندگان باتری لیتیومی کمک کند تا هزینه‌های آزمایش-و-را کاهش دهند.

I. مقایسه شاخص هسته: دوغاب مبتنی بر آب در مقابل روغن NMP-SWCNT

تفاوت اصلی بین دوغاب‌های SWCNT مبتنی بر آب-و روغن NMP- در پخش کننده و حامل حلال است. در حالی که رسانایی CNT مشابه است، سازگاری آنها با کلاسورها و مواد فعال کاملاً متفاوت است. اختلاط یا استفاده از سیستم{4} اکیداً ممنوع است.

SWCNT ها قطرهای بسیار ظریفی دارند و به شدت مستعد تجمع هستند. دوغاب‌های مبتنی بر آب و روغن{2}} از سیستم‌های کاملاً متفاوتی برای اصلاح سطح و پخش‌کننده استفاده می‌کنند تا با محیط‌های اختلاط آبی و NMP ناسازگار باشند. مخلوط کردن آنها احتمالاً باعث بارش پراکنده و تجمع{4}} CNT در مقیاس بزرگ می شود. بر اساس استاندارد GB/T 33818-2017 برای دوغاب های رسانای نانولوله کربنی، مقایسه شاخص های کلیدی به شرح زیر است:

شاندونگ تانفنگ این دو نوع دوغاب رسانای SWCNT را در خطوط تولید مجزا تولید می‌کند تا از آلودگی متقابل جلوگیری شود. هر دسته تحت تأیید سازگاری قرار می گیرد تا از گسستگی کافی CNT در سیستم مربوطه خود اطمینان حاصل کند و خطر تجمع را کاهش دهد.

II. سیستم‌ها و نقاط کاربردی مناسب برای روغن NMP{1}}دوغاب رسانا مبتنی بر SWCNT

دوغاب رسانای SWCNT مبتنی بر روغن NMP فقط برای سیستم های اختلاط حلال NMP{1}، عمدتاً برای کاتدهای باتری لیتیومی مناسب است. نمی توان آن را در دوغاب های آند بر پایه آب- استفاده کرد. فرآیند تغذیه باید شامل پیش{5} اختلاط با محلول بایندر PVDF باشد.

دوغاب SWCNT مبتنی بر روغن{0}} از NMP به عنوان حامل استفاده می کند، با مواد پراکنده که به طور پایدار در NMP محلول هستند و سازگاری عالی با بایندر PVDF ارائه می دهند.سناریوهای اصلی برنامه:کاتدهای{0}}نیکل NCM بالا،-سیستم‌های کاتد ولتاژ بالا، و فرمول‌های کاتدی مبتنی بر روغن-که نیاز به افزودن عامل رسانا بسیار کم دارند.

روش استاندارد اختلاط:

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

دوغاب مبتنی بر روغن SWCNT NMP را اضافه کنید و از قبل با سرعت کم مخلوط کنید تا CNT ها به طور کامل در محیط محلول بایندر پخش شوند.

مواد فعال کاتد و سایر عوامل رسانا را اضافه کنید و به تدریج سرعت پراکندگی را افزایش دهید.

پس از بررسی ظرافت و ویسکوزیته، فیلتر شده و به فرآیند پوشش منتقل می شود.

اقدامات احتیاطی در تولید:

اکیداً افزودن دوغاب SWCNT مبتنی بر روغن NMP به طور مستقیم به دوغاب‌های مبتنی بر آب- ممنوع است. این باعث لخته شدن و تجمع فوری می شود.

SWCNT ها به شرایط پراکندگی حساس هستند. تغذیه پودر خشک توصیه نمی شود. مرحله پیش{1} اختلاط ضروری است.

از تهویه خوب کارگاه اطمینان حاصل کنید و رانش محتوای جامد ناشی از تبخیر حلال NMP را کنترل کنید.

مطالعه موردی کارخانه:یک شرکت باتری NCM نیکل بالا در ابتدا به اشتباه از دوغاب رسانای SWCNT مبتنی بر آب- در سیستم کاتد NMP خود استفاده کرد. مواد فلوکولنت قابل مشاهده در دوغاب ظاهر شد که منجر به رد ورقه الکترود عظیم به دلیل لکه های سیاه شد. پس از تغییر به دوغاب رسانای SWCNT مبتنی بر روغن NMP شاندونگ تانفنگ و پیروی از فرآیند اختلاط اولیه، امپدانس الکترود استانداردها را برآورده کرد و میزان نقص به حالت عادی بازگشت.

III. سیستم‌ها و نقاط کاربردی مناسب برای دوغاب رسانا مبتنی بر آب-SWCNT

دوغاب رسانای SWCNT مبتنی بر آب به طور خاص برای اختلاط آبی است که بیشتر در آند باتری لیتیومی استفاده می شود. برای سیستم‌های کاتدی مبتنی بر روغن NMP مناسب نیست. این فرآیند نیاز به اختلاط اولیه با محلول بایندر CMC دارد که بعداً بایندر SBR اضافه می شود.

دوغاب SWCNT مبتنی بر آب{0}} از آب خالص به عنوان محیط استفاده می‌کند، با مواد پراکنده سازگار با محیط آبی. اساساً برای آندهای گرافیت و آندهای کربنی-سیلیکون-سیلیکون با محتوای بالا-که با روند فعلی به سمت فرآیندهای آند مبتنی بر آب سازگار با محیط زیست مطابقت دارد.

سناریوهای اصلی برنامه:آندهای کربنی-بالا-سیلیکونی،-شارژ سریع آندهای گرافیت، و میکرو-آندهای باتری.

روش استاندارد اختلاط:

CMC را در آب دیونیزه حل کنید تا محلول چسباننده یکنواختی تهیه شود.

دوغاب رسانای SWCNT مبتنی بر آب-را اضافه کنید و از قبل با سرعت کم پخش کنید.

گرافیت/سیلیکون{0}}پودر فعال کربن و عوامل رسانای کمکی را اضافه کنید، سپس با سرعت بالا پخش کنید.

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

اقدامات احتیاطی در تولید:

SBR را نباید برای مدت طولانی با دوغاب SWCNT مبتنی بر آب-با سرعت بالا مخلوط کرد، زیرا این امر می‌تواند باعث خلل‌زدایی لاتکس شود.

اکیداً از انجماد در دمای پایین-در طول ذخیره سازی خودداری کنید. چرخه های انجماد{1}}ذوب به طور غیر قابل برگشتی به سیستم پراکندگی آسیب می زند.

اجازه ندهید آلودگی با دوغاب مبتنی بر روغن NMP{0}}زیرا باعث لخته شدن شود.

دوغاب رسانای SWCNT مبتنی بر آب شاندونگ تانفنگ برای آندهای کربن-سیلیکون اصلاح و بهینه شده است. این می تواند شبکه پل زدن CNT را حتی تحت انبساط و انقباض مکرر ذرات سیلیکون حفظ کند، و به سلول کمک می کند تا عمر چرخه پایدار را حفظ کند.

IV. ابعاد اصلی برای قضاوت انتخاب

معیار انتخاب اولیه سیستم حلال اختلاط موجود کارخانه است و به دنبال آن کاتد یا آند بودن الکترود است. عملکرد نمی تواند صرفاً بر اساس ویژگی های CNT باشد. در صورتی که حامل حلال ناسازگار باشد، حتی SWCNTهای با کیفیت با بالاترین کیفیت نیز عملکرد ضعیفی خواهند داشت.

باور غلط رایج:برخی از پرسنل تحقیق و توسعه بر این باورند که هر دوغاب رسانای SWCNT جهانی است و به سادگی حامل حلال را تغییر داده یا مستقیماً آنها را مخلوط می کنند. این به ناچار منجر به لخته شدن دوغاب و نقص الکترود می شود. حتی اگر مواد خام CNT یکسان باشد، سیستم‌های پخش‌کننده برای دوغاب‌های مبتنی بر آب و روغن{3} کاملاً متفاوت هستند و از کاربرد متقابل پشتیبانی نمی‌کنند.

اگر شرکتی نیاز به توسعه کاتد و آند داشته باشد، شاندونگ تانفنگ می‌تواند نمونه‌هایی از دوغاب‌های رسانای SWCNT مبتنی بر نفت و آب{1} را برای آزمایش‌های مقایسه‌ای در مقیاس کوچک-موازی ارائه کند و هزینه‌های آزمایش و خطای R&D را کاهش دهد.

V. بازرسی مواد ورودی و توصیه های عملی تولید

پس از دریافت دوغاب رسانای SWCNT، علاوه بر محتوای جامد و محتوای CNT، آزمایش سازگاری فرمولاسیون در مقیاس کوچک ضروری است. قبل از اقدام به تولید آزمایشی و انبوه، سازگاری با کلاسورهای کارخانه را تأیید کنید.

برای جلوگیری از بازیابی نادرست مواد در انبار، گزارش کارخانه محصول را بررسی کنید تا تأیید کنید که آیا نسخه مبتنی بر آب -یا روغن NMP- است.

پس از ورود، طبق شرایط مشخص شده نگهداری کنید و قبل از استفاده، تمام درام را کاملاً-هم بزنید.

آزمایش‌های آزمایشگاهی-در مقیاس، مشاهده لخته‌سازی یا تجمع، و آزمایش ظرافت و مقاومت الکترود را در اولویت قرار دهید.

وقتی عملکرد الکتروشیمیایی در مقیاس کوچک- رضایت بخش بود، به تأیید آزمایشی و سپس تولید انبوه ادامه دهید.

تیم فنی شاندونگ تانفنگ می‌تواند بر اساس فرمول‌بندی موجود مشتری، منابع فرآیندی مانند سرعت هم‌زدن و مدت زمان اختلاط را ارائه کند تا چرخه اشکال‌زدایی را کوتاه کند.

دوغاب های رسانای SWCNT به دو نوع NMP بر پایه روغن-و پایه آب{1}} تقسیم می شوند. در حالی که عملکرد CNT مشابه است، پخش کننده ها و حامل های حلال کاملا مستقل هستند و نمی توانند در سیستم ها مخلوط شوند. دوغاب SWCNT مبتنی بر روغن NMP برای سیستم های کاتدی با استفاده از مخلوط NMP و بایندر PVDF مناسب است. دوغاب SWCNT مبتنی بر آب برای سیستم‌های آندی با استفاده از اختلاط آبی و بایندر CMC{7}}SBR، معمولاً برای آندهای کربنی-سیلیکونی مناسب است. عامل اصلی انتخاب، مطابقت با حلال اختلاط خود کارخانه و نوع الکترود است، و سپس تأیید مقیاس کوچک{10}}. شاندونگ تانفنگ دارای قابلیت‌های تولید انبوه برای دوغاب‌های رسانای SWCNT مبتنی بر آب و روغن{13}}، با کنترل دقیق ناخالصی و پایداری دسته‌ای است، و پشتیبانی از فناوری فرآیند را برای کمک به توسعه پروژه‌های باتری پیشرفته{14} ارائه می‌کند.