مشکلات فنی خمیر رسانای نانولوله کربنی با محتوای{0}}جامد-بالا، کم-ویسکوزیته چیست؟

در زمینه کاهش هزینه و بهبود کارایی در تولید باتری‌های لیتیومی، خمیر رسانای نانولوله‌های کربنی با محتوای{0}}جامد-بالا،{2}}با ویسکوزیته کم{2}}به جهت انتخاب برای بسیاری از شرکت‌های باتری تبدیل شده است. محتوای جامد بالا به معنای نسبت بیشتر نانولوله های کربنی موثر در هر ظرف، کاهش انتقال حلال و مصرف انرژی خشک کردن است. ویسکوزیته کم جریان خوب خمیر را تضمین می کند، حمل و نقل خط لوله و تغذیه دوغاب را بدون اعمال فشار ویسکوزیته بر کل دوغاب الکترود تسهیل می کند. با این حال، بسیاری از خریداران گزارش می‌دهند که خمیر رسانای-جامد-CNT با محتوای بالا در بازار موجود است یا ویسکوزیته بالایی دارد که تخلیه را دشوار می‌کند، یا به ویسکوزیته پایین دست می‌یابد اما به قیمت کاهش رسانایی و پایداری ذخیره‌سازی. محتوای جامد بالا و ویسکوزیته پایین ذاتاً شاخص های رقابتی هستند. درک مشکلات فنی پشت آنها به جلوگیری از مشکلات انتخاب کمک می کند.

1. خواص ذاتی مواد نانولوله های کربنی بزرگترین مانع زیربنایی در برابر ویسکوزیته جامد بالا و پایین است.

مساحت سطح ویژه بسیار-و نیروهای قوی واندروالس نانولوله‌های کربنی باعث می‌شود تا با افزایش محتوای جامد، برهم‌کنش‌های بین مولکولی به‌طور تصاعدی تقویت شوند و به‌طور طبیعی تمایل به افزایش ویسکوزیته دوغاب دارند. این تضاد اصلی ذاتی مواد است و به سادگی نمی توان آن را دور زد.

مساحت سطح ویژه نانولوله‌های کربنی چند دیواره{0} معمولاً به 180-260 متر مربع در گرم می‌رسد. نانولوله‌ها برای درهم‌تنیدگی با یکدیگر به نیروهای واندروالسی متکی هستند. به ازای هر 1-2 درصد افزایش در محتوای جامد، فاصله بین نانولوله ها کوتاه می شود، احتمال درهم تنیدگی فیزیکی به طور قابل توجهی افزایش می یابد و مقاومت رئولوژیکی کلی دوغاب به سرعت افزایش می یابد. تحت شرایط فرآیند معمولی، زمانی که محتوای موثر CNT از 6٪ بیشتر شود، ویسکوزیته به راحتی از 15000 mPa·s فراتر می رود، جریان پذیری بدتر می شود و حتی ممکن است حالت ژل مانند ظاهر شود.

اگر فردی کورکورانه ویسکوزیته پایین را با افزودن مقادیر زیادی از مواد پخش کننده دنبال کند، مشکلات جدیدی ایجاد می شود: باقیمانده بیش از حد ماده پراکنده در داخل ورق الکترود می تواند چرخه سلولی و اولین-راندمان چرخه را بدتر کند. اگر نانولوله‌ها برای کاهش ویسکوزیته کوتاه شوند، نسبت ابعاد کاهش می‌یابد، توانایی ساخت شبکه رسانا به طور مستقیم ضعیف می‌شود و مقاومت داخلی با همان مقدار اضافه افزایش می‌یابد.

شاندونگ تانفنگ غربالگری هدفمند قطر و طول CNT را در مرحله مواد خام انجام می‌دهد، و از انتخاب کورکورانه لوله‌های با نسبت بسیار-بالا-بنظر-برای محصولات-جامد،{4} کم{4} پرهیز می‌کند. این افزایش ویسکوزیته شدید در منبع را کاهش می دهد و در عین حال رسانایی کافی را حفظ می کند و از قربانی شدن عملکرد الکتروشیمیایی با کوتاه کردن لوله ها جلوگیری می کند.

2. مشکلات طراحی فرمولاسیون دیسپرسنت: کاهش ویسکوزیته بدون آسیب رساندن به عملکرد الکتروشیمیایی باتری

توسعه فرمول‌های پخش‌کننده‌ی تخصصی مناسب برای شرایط-جامد-با ویسکوزیته بالا، بسیار دشوار است. افزودن کمی مواد پراکنده باعث تجمع و ژل شدن می شود. اضافه کردن بیش از حد سلول را آلوده می کند. متفرق کننده های معمولی{4}}منظور عمومی برای برآورده کردن هر دو الزام تلاش می کنند.

دیسپرس‌کننده‌ها روی سطح CNT جذب می‌شوند و از مانع فضایی برای جلوگیری از درهم‌تنیدگی نانولوله‌ها با یکدیگر و در نتیجه کاهش ویسکوزیته استفاده می‌کنند. با این حال، در شرایط محتوای{2}بالا{1}}جامد-، کل سطح ویژه نانولوله‌های کربنی بزرگ است و به مقدار کل نسبتاً بالاتری از مواد پراکنده نیاز دارد.

افزودن ناکافی پراکنده:پوشش ناقص سطح نانولوله‌ها منجر به تجمع سریع ثانویه در محیط جامد بالا می‌شود که باعث ژل شدن و کلوخه شدن می‌شود.

افزودن بیش از حد متفرق کننده:ماده پراکنده اضافی در حلال آزاد می ماند و باعث واکنش های جانبی در طول شارژ و دشارژ باتری لیتیومی می شود، کارایی کولمبیک اول-را کاهش می دهد، تولید گاز را تشدید می کند و عمر چرخه را تحت تاثیر قرار می دهد.

بسیاری از خمیرهای با محتوای کم-پرهزینه-جامد-در بازار برای کاهش ویسکوزیته، به دوزهای زیادی از پخش کننده های معمولی متکی هستند. در حالی که جریان‌پذیری ممکن است در کوتاه‌مدت خوب به نظر برسد، پوسیدگی چرخه پس از ساخت باتری آشکار می‌شود - علت اصلی عدم تعادل نسبت پخش‌کننده است. در عین حال، پخش کننده باید با NMP و سیستم های مبتنی بر آب سازگار باشد و نباید با کلاسورهای بعدی PVDF و CMC{7}}SBR تضاد داشته باشد.

شاندونگ تانفنگ از یک سیستم پخش کننده ترکیبی اختصاصی استفاده می کند که دقیقاً نسبت پوشش ماده پراکنده را کنترل می کند. در حالی که پوشش سطح کافی نانولوله ها را تضمین می کند، نسبت پخش کننده آزاد را کنترل می کند، جریان پذیری خمیر و عملکرد الکتروشیمیایی باتری را متعادل می کند. هر دسته تحت کنترل کربن باقیمانده و ناخالصی قرار می گیرد تا از خطرات سلولی ناشی از پراکندگی بیش از حد جلوگیری شود.

3. دشواری‌های فرآیند پراکندگی فیزیکی: بسته‌بندی کامل-بدون برش بیش از حد که به ساختار CNT آسیب می‌زند

در شرایط محتوایی-جامد-بالا، دشواری بسته‌بندی نانولوله‌های کربنی به شدت افزایش می‌یابد. پراکندگی ناکافی باعث تجمع می شود. برش بیش از حد نانولوله ها را قطع می کند و نسبت ابعاد آنها را کاهش می دهد و مستقیماً هدایت را قربانی می کند. این امر تقاضاهای بسیار بالایی را برای تجهیزات تولید و کنترل پارامترهای فرآیند ایجاد می کند.

تجهیزات آسیاب مهره‌های معمولی می‌توانند خمیرهای با محتوای کم-جامد- را تحمل کنند، اما وقتی با مواد با محتوای جامد 6{3}}8 درصد-جامد- مواجه می‌شوند، ویسکوزیته بالا و ماهیت چسبنده دوغاب باعث توزیع ناهموار میدان برشی می‌شود که به آسانی منجر به }پویش بیش از حد موضعی{6} می‌شود.

نیروی سنگ زنی ناکافی:بسته‌های CNT باز نمی‌شوند و دوغاب حاوی مقدار زیادی میکرو{0}}آگلومره است که باعث می‌شود اندازه ذرات D90 از استانداردها فراتر رود و بعداً منجر به گرفتگی فیلتر و لکه‌های سیاه روی صفحه الکترود شود.

نیروی سنگ زنی/همگن سازی بیش از حد:CNT ها به صورت مکانیکی برش داده می شوند و باعث افت قابل توجهی در نسبت تصویر و افزایش آستانه نفوذ رسانا می شوند. برای دستیابی به همان اثر رسانا، مقدار افزودن CNT باید افزایش یابد و مزیت هزینه محتوای جامد بالا را خنثی کند.

دستیابی به ویسکوزیته جامد بالا و پایین معمولاً مستلزم همگن سازی چند مرحله‌ای{0}}فشار بالا- همراه با فرآیندهای آسیاب کنترل‌شده، کنترل دقیق زمان‌های چرخه و پارامترهای فشار است. این یک فرآیند سرمایه- و فناوری-فشار است که کارخانه‌های کوچک معمولی برای تولید انبوه- پایدار تلاش می‌کنند.

شاندونگ تانفنگ خطوط تولید چند مرحله‌ای همگن‌سازی فشار بالا-را با پارامترهای فرآیند کالیبره‌شده جداگانه برای خمیرهای با ویسکوزیته بالا-جامد و کم-پیکربندی کرده است. مانیتورینگ آنلاین اندازه ذرات D50/D90 ضمن محافظت از نسبت ابعاد CNT، از بسته‌بندی کامل-تضمین می‌کند، و از مشکل رایج صنعت «تخریب لوله‌ها در پی پراکندگی» اجتناب می‌کند.

4. مشکلات پایداری ذخیره سازی و استفاده: گذراندن تست های کارخانه اما تجربه بازگشت ویسکوزیته و ژل شدن پس از ذخیره سازی

سیستم کلوئیدی خمیر رسانای CNT با محتوای{0}}جامد-بالا-با ویسکوزیته پایین، حساس‌تر است. در طول ذخیره سازی، مستعد برگشت ویسکوزیته، رسوب نرم و ژل شدن است، با شرایط بسیار سخت گیرانه تر برای شرایط نگهداری و حمل و نقل نسبت به خمیر معمولی.

حتی اگر همه نشانگرها در کارخانه بازرسی شوند، در حین ذخیره سازی در انبار، ذرات CNT در سیستم جامد بالا به هم نزدیکتر می شوند و نیروهای واندروالس می توانند با سهولت بیشتری اعمال شوند. برخی از محصولات دقیقاً پس از تولید ویسکوزیته بسیار پایینی دارند، اما پس از 30{3}}60 روز نگهداری، ویسکوزیته به طور مداوم افزایش می‌یابد، حتی به حالت ژل مانند تبدیل می‌شود و جریان‌پذیری را از دست می‌دهد. نقاط خطر اصلی:

نوسانات دما بر تعادل جذب پراکنده تأثیر می گذارد. محیط‌های با دمای{0}بالا، بازگشت ویسکوزیته را تسریع می‌کنند.

لرزش حمل و نقل در مسافت‌های طولانی ساختار کلوئیدی را مختل می‌کند و باعث ایجاد رسوب در هنگام رسیدن می‌شود.

پس از ژل شدن، حتی با هم زدن مجدد، برخی از تجمعات ثانویه را نمی توان به طور کامل بازیابی کرد.

مطالعه موردی کارخانه:یک شرکت ذخیره‌سازی انرژی، دسته‌ای از خمیر رسانای CNT با 7% محتوای جامد-با ویسکوزیته کم{{2} خریداری کرد. پس از ورود، ویسکوزیته 4200 mPa·s اندازه گیری شد که خوب به نظر می رسید. پس از 2 ماه ذخیره سازی در انبار، ویسکوزیته به 13000 mPa·s افزایش یافت و ژل شدن در ظروف ظاهر شد و کل دسته را برای تولید غیرقابل استفاده کرد.

شاندونگ تانفنگ آزمایش‌های پیری و رسوب‌گذاری سریع را روی درجه‌های-جامد{{1} پایین{1}}با ویسکوزیته بالا، شبیه‌سازی{2}}ذخیره‌سازی طولانی‌مدت و{3}}محیط‌های دمای بالا انجام می‌دهد تا فرمولاسیون‌های صفحه نمایش با پایداری کلوئیدی بهتر را انجام دهد. برگه مشخصات محصول شامل توصیه‌های دمای ذخیره‌سازی و ماندگاری، همراه با دستورالعمل‌های عملیاتی مجدد برای مشتریان، کاهش خطر شکست-در ذخیره‌سازی سایت است.

5. مشکلات انطباق فرآیند پایین‌دست: انتخاب خمیر با ویسکوزیته بالا-جامد، کم-تنها بر اساس دو شاخص نیست

هنگام انتخاب خمیر رسانای-جامد-بالا-CNT با ویسکوزیته کم، نمی‌توان فقط به محتوای جامد و ویسکوزیته نگاه کرد. فیلترپذیری، سطوح ناخالصی و سازگاری با سیستم دوغاب آند/کاتد نیز باید در نظر گرفته شود. در غیر این صورت، مشکلات مختلفی در طول تولید انبوه پدیدار خواهد شد.

بسیاری از پرسنل تحقیق و توسعه فقط بر روی محتوای جامد و اعداد ویسکوزیته روی برچسب محصول تمرکز می‌کنند، از سایر شاخص‌های پشتیبانی غفلت می‌کنند و در طول تولید انبوه با مشکلاتی مواجه می‌شوند:

اگرچه خمیر ویسکوزیته پایینی دارد، اما حاوی ریز{0}}آگلومره‌های زیادی است که باعث مسدود شدن مکرر فیلترها در کارخانه باتری و خاموش شدن مکرر خط تولید برای تغییر صفحه نمایش می‌شود.

کنترل ناکافی ناخالصی‌های فلزی مغناطیسی: سیستم جامد بالا ناخالصی‌های بیشتری را وارد می‌کند و خطر تخلیه خود سلولی را افزایش می‌دهد.

سازگاری ضعیف با سیستم‌های آند سیلیکونی{0} مبتنی بر آب: پس از افزودن به مخزن اختلاط، ضخیم شدن و لخته شدن رخ می‌دهد.

جامد بالا و ویسکوزیته پایین شاخص های جامع هستند. فیلترپذیری، ناخالصی ها، سازگاری الکتروشیمیایی و پایداری ذخیره باید همه در ارزیابی گنجانده شوند. قبل از خریدهای بزرگ-مقیاس کوچک و تأیید آزمایشی را اولویت بندی کنید.

6. خلاصه کامل مقاله

چهار مشکل فنی اصلی خمیر رسانای CNT با محتوای{0}} جامد- با ویسکوزیته کم- بالا عبارتند از: فعل و انفعالات قوی ذاتی مواد که باعث افزایش طبیعی ویسکوزیته می شود. فرمول پراکنده نیاز به تعادل کاهش ویسکوزیته و عوارض جانبی الکتروشیمیایی. فرآیند پراکندگی که نیاز به ایجاد تعادل در بسته‌بندی و حفاظت از نسبت ابعاد CNT دارد. و سیستم کلوئیدی حساس، مستعد برگشت ویسکوزیته و ژل شدن در طول ذخیره سازی است. دستیابی به تنها محتوای جامد بالا و ویسکوزیته پایین کافی نیست. پایداری ذخیره سازی، ناخالصی ها و سازگاری الکتروشیمیایی همگی ضروری هستند.

مزایای خمیر رسانای CNT با-جامد،-کم{1}}ویسکوزیته بالا بسیار واضح است-این می‌تواند به کارخانه‌های باتری لیتیومی کمک کند هزینه‌های لجستیک، حلال و خشک کردن را کاهش دهند. با این حال، آستانه فنی بالا است، و یک سیستم فنی چند بعدی-متقابل محدود است که نمی‌توان آن را صرفاً با تنظیم نسبت به دست آورد. برخی از محصولات موجود در بازار رسانایی و پایداری چرخه را قربانی پارامترهای محتوای جامد و ویسکوزیته جذاب می کنند. مشتریان باید در حین انتخاب، ارزیابی‌های جامع چند بعدی- انجام دهند و فقط به پارامترهای برچسب نگاه نکنند.

شاندونگ تانفنگ به عنوان یک تولید کننده خمیر رسانای CNT حرفه ای، روی توسعه محصولات خمیری با ویسکوزیته بالا-جامد، کم{1}، با قابلیت های کامل در غربالگری مواد خام، پراکندگی ترکیبی و تأیید پایداری سرمایه گذاری کرده است. می‌تواند نمونه‌های خمیری با-روغن پایه-بر اساس-جامد، کم{6}}نمونه‌های خمیری با ویسکوزیته بالا-NMP را ارائه دهد، از ارزیابی‌های کوچک-در مقیاس مشتری پشتیبانی کند، و همزمان توصیه‌های فرآیند ذخیره‌سازی و تغذیه را ارائه دهد و به شرکت‌های باتری کمک کند تا مناسب بودن محصول را برای تولید انبوه ارزیابی کنند.

سوالات متداول

س: آیا خمیر رسانای CNT با محتوای{0}}جامد- با ویسکوزیته کم- همیشه رسانایی قوی تری دارد؟

پاسخ: نه لزوما. اگر ویسکوزیته پایین با برش نانولوله ها یا استفاده از مواد پخش کننده بیش از حد حاصل شود، نسبت ابعاد کاهش می یابد و قابلیت رسانایی در واقع بدتر می شود. نکته کلیدی این است که بر نسبت ابعاد موثر CNT و وضعیت پراکندگی تمرکز کنید.

س: آیا خمیر با ویسکوزیته بالا-جامد و کم-به نگهداری در یخچال نیاز دارد؟

پاسخ: توصیه می‌شود محیط ذخیره‌سازی را در 10-30 درجه کنترل کنید و از قرار گرفتن در معرض{3} دمای بالا اجتناب کنید. در مقایسه با خمیر معمولی، گریدهای-جامد، کم{6}}به نوسانات دما حساس‌تر هستند. سعی کنید دوره ذخیره سازی را کوتاه کنید و مدیریت موجودی FIFO (اولین-در ابتدا، اولین خروجی) را پیاده سازی کنید.

س: آیا سیستم‌های مبتنی بر آب می‌توانند به خمیر رسانای CNT با-جامد-بالا-و گرانروی پایین-برسند؟

A: سیستم‌های مبتنی بر آب{0}}محدودیت‌های کلوئیدی قوی‌تری دارند. در شرایط تجاری، دستیابی به محتوای جامد بالا مانند سیستم‌های مبتنی بر روغن NMP-بسیار دشوار است. بالا بردن اجباری محتوای جامد باعث می شود ویسکوزیته و پایداری ذخیره سازی به سرعت خراب شود. جریان اصلی صنعت برای سیستم‌های{6} مبتنی بر آب در محدوده 2 تا 5 درصد باقی می‌ماند.