Pasta przewodząca z nanorurek węglowych jest niezbędnym dodatkiem przewodzącym do przygotowania elektrod akumulatorów litowych. Rozpuszczalnik w paście dzieli się na tradycyjny system na bazie oleju-na bazie NMP-i nowy system na bazie wody-. Coraz więcej producentów akumulatorów zaczyna badać: czy rozpuszczalnik NMP zostanie całkowicie zastąpiony? Jaki jest faktyczny postęp systemu-wodnego w dziedzinie baterii litowych? Do której ścieżki technologicznej powinna pasować pasta przewodząca nanorurki węglowe? Wraz z wdrożeniem globalnych przepisów dotyczących kontroli LZO i przepisów UE dotyczących akumulatorów, wybór drogi rozpuszczalnika stał się kluczowym zagadnieniem w planowaniu linii produkcyjnej i iteracji receptur. Artykuł ten, w połączeniu z praktyką produkcji masowej, obiektywnie analizuje trend zastępowania NMP, obecny stan uprzemysłowienia procesu opartego na wodzie-i przedstawia rozwiązania w zakresie adaptacji pasty przewodzącej CNT.
1. Rozpuszczalnik NMP charakteryzuje się długoterminową- tendencją do zastępowania, ale nie można go całkowicie wyeliminować w krótkim okresie
Ograniczony przepisami ochrony środowiska i kosztami odzyskiwania, NMP stoi w obliczu ciągłej tendencji do wymiany; jednakże ograniczony stabilnością materiałów katodowych NCM o wysokiej-niklu, w perspektywie średnio- i długoterminowej utworzy się wzorzec „współistniejących-na bazie ropy naftowej i wody- tras na bazie wody i wody-”, zamiast jednorazowej-całkowitej wymiany.
NMP (N-metylopirolidon) jest rozpuszczalnikiem dedykowanym do układu spoiwa PVDF, a także środkiem dyspersyjnym dla tradycyjnej pasty przewodzącej CNT na bazie oleju-. Rozporządzenia UE REACH i krajowe polityki kontroli LZO wymieniają NMP jako substancję wzbudzającą duże obawy. Kwestie takie jak toksyczność reprodukcyjna, wysokie inwestycje w sprzęt do odzyskiwania i wahania cen surowców zmuszają branżę do poszukiwania alternatyw.
Jednak rzeczywistość industrializacji jest równie jasna: materiały NCM o wysokiej zawartości-niklu są podatne na ekstrakcję litu i rozpuszczanie metali przejściowych w kontakcie z wodą, powodując korozję aluminiowego kolektora prądu. Pasty-na bazie wody do-grubych elektrod o dużym zagęszczeniu są bardziej podatne na pękanie arkusza elektrody. Wiele wiodących producentów akumulatorów przyjmuje strategię stopniowego przełączania: linie produkcyjne anod i LFP traktują priorytetowo konwersję na bazie wody-, podczas gdy linie produkcyjne o wysokiej-niklu wykorzystują proces oparty na oleju-na bazie NMP-.
Ilościowe porównanie systemu na bazie NMP-na bazie oleju-i systemu na bazie wody-
| Wymiar porównawczy | System na bazie NMP-na bazie oleju- (pasta przewodząca CNT na bazie oleju-na bazie oleju) | System na bazie wody- (pasta przewodząca CNT na bazie wody-) | Wpływ przemysłowy |
|---|---|---|---|
| Rozpuszczalnik rdzeniowy | Rozpuszczalnik organiczny NMP | Woda dejonizowana | Na bazie wody-znacznie zmniejsza koszt zakupu rozpuszczalnika |
| Pasujący segregator | PVDF | CMC/SBR,-wodny kwas poliakrylowy | Systemów spoiw nie można dowolnie mieszać |
| Presja środowiskowa | Wysoki, wymaga dużego sprzętu do odzyskiwania | Niski, emisja LZO znacznie zmniejszona | Fabryki akumulatorów eksportujące za granicę preferują metodę-wodną |
| Stabilność pasty | Długi okres przechowywania, nanorurki nie są podatne na aglomerację | Wrażliwy na pH, wymaga dedykowanego dyspergatora CNT | Debugowanie formuły pasty-na bazie wody ma wyższy próg |
| Odpowiednie materiały katodowe | LFP, pełna gama NCM/NCA | Dojrzałe dla LFP; NCM o wysokiej zawartości-niklu jest nadal poddawany ciągłej weryfikacji | Wysokiej klasy NCM-w dalszym ciągu w dużej mierze korzysta z systemu opartego-NMP |
| Suszenie powłoki Zużycie energii | Wysoki, wymaga systemu odzyskiwania rozpuszczalnika | Stosunkowo niski, oszczędza inwestycję w odzysk NMP | Nowe linie produkcyjne do magazynowania energii zapewniają przewagę kosztową dzięki rozwiązaniom-na bazie wody |
| Trudność dyspersji CNT | Umiarkowane, CNT mają doskonałą kompatybilność | Stosunkowo wysokie nanorurki CNT są hydrofobowe i podatne na aglomerację | Wymaga przygotowanej przez producenta-wstępnie-specjalnej pasty przewodzącej CNT na bazie wody- |
Odniesienie:Nauka i technologia magazynowania energiiprzegląd branżowy i publicznie dostępne dane dotyczące procesów z-pierwszych fabryk akumulatorów. Wiele firm nie udaje się przeprowadzić konwersji, ponieważ bezpośrednio używają pasty przewodzącej CNT na bazie oleju-w systemach-wodnych, co powoduje flokulację, sedymentację i brak możliwości zbudowania sieci przewodzącej. Firma Shandong Tanfeng niezależnie opracowała pasty przewodzące CNT odpowiednie dla obu systemów: pasta na bazie oleju-ściśle kontroluje wskaźniki wilgoci; pasta na bazie wody- wykorzystuje technologię modyfikacji powierzchni CNT w celu poprawy hydrofobowości i zmniejszenia ryzyka aglomeracji.
2. Rzeczywisty stan zastosowania systemów-wodnych w bateriach litowych
W pełni spopularyzowano-wodny proces wytwarzania anod baterii litowych; Katody LFP osiągnęły penetrację masowej produkcji na małą-skalę; metoda oparta na wodzie-dla katod NCM o wysokiej-niklu jest wciąż w fazie pilotażowej i weryfikacji-małych partii, a przed uprzemysłowieniem-na dużą skalę nadal potrzebny jest przełom techniczny.
2.1 Anody-na bazie wody (grafit/krzem-Anody węglowe): dojrzałe zastosowanie na dużą-skalę
W anodach grafitowych od dawna powszechnie stosuje się system-na bazie wody CMC+SBR, a bardzo powszechnie stosowana jest pasta przewodząca CNT na bazie wody-. W konwencjonalnych systemach anod grafitowych proces-na bazie wody jest technicznie stabilny i daje możliwość kontrolowania wydajności. Domowe akumulatory do magazynowania energii i anody{{6}do pojazdów dwukołowych są prawie w całości oparte na wodzie-.
Scenariusz dla anod z kompozytu krzemowego-węglowego jest wyraźnie zróżnicowany: zwykły krzem-węglowy może testować system-na bazie wody; w anodach o wysokiej-zawartości-krzemu częściej stosuje się rozwiązanie na bazie oleju na bazie NMP-na bazie oleju-w celu złagodzenia hydrolizy cząstek krzemu i zaniku cyklu.
2.2 Katody LFP na bazie wody-: stała penetracja produkcji masowej
LFP ma doskonałą stabilność chemiczną i wyjątkową odporność na hydrolizę, co czyni go najlepszym punktem wyjścia dla procesu katodowego na bazie wody.- Wielu producentów akumulatorów do magazynowania energii bezpośrednio planuje rozwiązania w zakresie katod-na bazie wody dla nowych linii produkcyjnych w połączeniu z dedykowaną pastą przewodzącą CNT na bazie wody-, skutecznie zmniejszając inwestycje w sprzęt NMP oraz koszty eksploatacji i konserwacji związane z ochroną środowiska. Ograniczenia prądowe koncentrują się na procesie suszenia arkusza elektrody z grubą powłoką i kontroli elastyczności arkusza elektrody.
2.3 Katody-na bazie wody, wysoko-niklowe NCM: jeszcze nie produkowane masowo
Materiały-wysokoniklowe NCM mają wysoką aktywność chemiczną. W kontakcie z wodą zachodzą reakcje uboczne, powodujące gwałtowny wzrost zasadowości zawiesiny, korozję folii aluminiowej i skrócenie cyklu komórkowego. Obecnie w branży ogranicza się defekty głównie poprzez powlekanie materiałów, dodatki buforujące pH i nowe spoiwa na bazie wody-, ale ogólna wydajność i trwałość cyklu w dalszym ciągu nie są w stanie dorównać dojrzałej metodzie NMP. Na razie-najwyższej klasy akumulatory do pojazdów osobowych nie będą szybko przełączane na katody-wodne.
Podstawowe problemy związane z procesem-opartym na wodzie
Hydrofobowy charakter nanorurek CNT oznacza, że zwykły proszek bezpośrednio wchodzący do wody bardzo łatwo ulega aglomeracji; należy zastosować dostosowaną-wodną pastę przewodzącą CNT na bazie wody.
Wyższe napięcie powierzchniowe wody powoduje, że-grubie powlekane arkusze elektrod są podatne na nierównomierne suszenie, pękanie i zrzucanie materiału.
Reologia zawiesiny jest wrażliwa na temperaturę i pH, a okno kontroli produkcji jest wąskie.
Firma Shandong Tanfeng zoptymalizowała formuły past przewodzących CNT na bazie wody-dla scenariuszy dotyczących akumulatorów litowych na bazie wody-, zapewniając zalecane zakresy adaptacji pH, redukując problemy z żelowaniem szlamu i nawarstwianiem się, a także pomagając producentom akumulatorów skrócić cykl debugowania procesu.
3. Jak dopasować pastę przewodzącą z nanorurek węglowych do ścieżki rozpuszczalnika? Praktyczny przewodnik po wyborze
Po określeniu drogi rozpuszczalnika system pasty przewodzącej CNT musi być odpowiednio do niej dopasowany. Zabronione jest dowolne mieszanie past na bazie oleju-i wody-; priorytetem powinno być potwierdzenie systemu kompatybilności pasty z producentem surowca.
Scenariusz 1: Linia produkcyjna wykorzystuje proces oparty na NMP-na bazie oleju- (moc trójskładnikowa, akumulatory wysoko-niklowe, anody o wysokiej-krzemie)
Zalecony:Pasta przewodząca CNT na bazie-oleju-NMP.
Zalety:Nanorurki CNT są w pełni rozproszone, przechowywanie pasty jest stabilne, jest kompatybilne ze spoiwem PVDF, nadaje się do wszystkich typów materiałów katodowych, a sieć przewodząca działa stabilnie. Pasta przewodząca CNT na bazie oleju- firmy Shandong Tanfeng ściśle kontroluje wilgotność Mniej niż 1500 ppm, aby uniknąć żelowania PVDF, dzięki czemu nadaje się do masowej produkcji akumulatorów 4680 o dużych cylindrycznych i-wysokiej mocy.
Scenariusz 2: Planowanie linii produkcyjnej Trasa oparta- na wodzie (magazynowanie energii LFP, anody grafitowe,-powłoki antystatyczne)
Zalecony:Pasta przewodząca CNT na bazie wody-.
Należy wybrać dedykowany rodzaj-baterii litowej-zmodyfikowanej-; Proszek CNT nie powinien być bezpośrednio dyspergowany przez klienta w wodzie. Pasta przewodząca CNT na bazie wody- firmy Shandong Tanfeng wykorzystuje-samodzielnie opracowany system dyspersji, eliminując potrzebę zakupu przez klientów dodatkowych dużych ilości środka dyspergującego. Jest kompatybilny z systemami spoiw na bazie wody-CMC/SBR, spełniając wymagania w zakresie redukcji kosztów i przyjaznej dla środowiska produkcji akumulatorów energii.
Najczęstsze błędy w wyborze
Wiara w to, że „pasta na bazie wody- jest tańsza” i ślepa modernizacja linii produkcyjnych, ignorując koszty debugowania procesów i straty wydajności.
Bezpośrednie dodanie-pasty przewodzącej CNT na bazie oleju do zbiorników mieszających na bazie wody-, co powoduje flokulację i złomowanie szlamu.
Stosowanie zwykłego proszku CNT w systemach-na bazie wody skutkuje niewystarczającą dyspersją, zwiększoną ilością dodanego materiału i wyższym oporem wewnętrznym.
4. Prognoza rozwoju szlaków przemysłowych i zalecenia dotyczące wdrożenia fabryki
W najbliższej perspektywie (3-5 lat) system NMP-na bazie ropy naftowej i system-na bazie wody będą się rozwijać równolegle. Magazynowanie energii i akumulatory transportowe-o niskiej prędkości przyspieszają przejście na technologię wodną-; Wysokiej klasy akumulatory do pojazdów osobowych-w dalszym ciągu wykorzystują proces oparty-głównie na oleju. Zaleca się, aby nowe linie produkcyjne rezerwowały przestrzeń na konwersję kompatybilności dwuliniowej.
W przypadku nowych przedsiębiorstw energetycznych planujących ulepszenia receptur lub modernizacje linii produkcyjnych można odwołać się do następujących pomysłów na wdrożenie:
Zróżnicowanie pozycjonowania produktu:W przypadku produktów skupiających się na magazynowaniu energii i LFP należy priorytetowo traktować metodę-wodną i łączyć się z próbkami pasty przewodzącej CNT na bazie wody-; w przypadku wysokiej-wysokiej-mocy niklowej i anod o wysokiej-krzemie należy w perspektywie krótkoterminowej kontynuować optymalizację systemu opartego na oleju na bazie NMP-na bazie oleju-.
Jednoczesne badanie materiału:Podczas konwersji drogi rozpuszczalnika spoiwo i pasta przewodząca CNT muszą zostać poddane jednocześnie testom gradientowym; nie należy wymieniać pojedynczego surowca.
Nawiąż wcześniej kontakt z producentami past:Zażądaj małych próbek odpowiedniego systemu, aby sprawdzić stabilność pasty, rezystywność elektrody i wydajność cyklu komórkowego.
Shandong Tanfeng New Material, jako profesjonalny producent pasty przewodzącej CNT, jednocześnie-produkuje masowo pastę przewodzącą CNT na bazie oleju-NMP-i pastę przewodzącą CNT na bazie wody-, obejmującą kategorie MWCNT i FWCNT. W oparciu o system akumulatorów klienta i istniejącą ścieżkę rozpuszczalników na linii produkcyjnej, mogą zapewnić badania próbek i wskazówki dotyczące procesu dyspersji, oferując kompleksowe rozwiązanie w zakresie wyboru pasty przewodzącej CNT, kompatybilności pasty i problemów z aglomeracją dyspersji.