Litija akumulatoru ražošanas izmaksu samazināšanas un efektivitātes uzlabošanas kontekstā daudzu akumulatoru ražošanas uzņēmumu izvēles virziens ir augsta{0}}cietā- satura, zemas-viskozitātes oglekļa nanocaurules vadošā pasta. Augsts cietvielu saturs nozīmē lielāku efektīvu oglekļa nanocauruļu īpatsvaru vienā traukā, samazinot šķīdinātāja transportēšanu un žāvēšanas enerģijas patēriņu. Zema viskozitāte nodrošina labu pastas plūstamību, atvieglojot cauruļvadu transportēšanu un vircas padevi, neradot viskozitātes spiedienu uz visu elektrodu vircu. Tomēr daudzi pircēji ziņo, ka komerciāli pieejamajai CNT vadošajai pastai ar augstu -cieto- saturu ir vai nu pastāvīgi augsta viskozitāte, kas apgrūtina izlādi, vai arī tā sasniedz zemu viskozitāti, bet uz pazeminātas vadītspējas un uzglabāšanas stabilitātes rēķina. Augsts cietvielu saturs un zema viskozitāte pēc būtības ir konkurējoši rādītāji. Izpratne par tehniskajām grūtībām, kas ir aiz tām, palīdz izvairīties no atlases kļūmēm.
1. Oglekļa nanocauruļu materiālās īpašības ir lielākais šķērslis augstai cietajai vielai un zemai viskozitātei
Oglekļa nanocauruļu īpaši lielais īpatnējais virsmas laukums un spēcīgie van der Vālsa spēki izraisa starpmolekulāro mijiedarbību eksponenciālu pastiprināšanos, palielinoties cieto vielu saturam, dabiski palielinot vircas viskozitāti. Tas ir materiālam raksturīgais pamatkonflikts, un to nevar vienkārši apiet.
Daudzsienu oglekļa nanocauruļu īpatnējais virsmas laukums parasti sasniedz 180-260 m²/g. Nanocaurules paļaujas uz van der Vālsa spēkiem, kas sapinās viena ar otru. Pie katriem 1-2 procentpunktiem pieaugot cieto vielu saturam, attālums starp nanocaurulītēm saīsinās, ievērojami palielinās fiziskās sapīšanās iespējamība un strauji pieaug kopējā vircas reoloģiskā pretestība. Parastos procesa apstākļos, kad efektīvais CNT saturs pārsniedz 6%, viskozitāte viegli pārsniedz 15 000 mPa·s, plūstamība pasliktinās un pat var parādīties želejveida stāvoklis.
Ja cilvēks akli cenšas panākt zemu viskozitāti, vienkārši pievienojot lielu daudzumu disperģētāja, rodas jaunas problēmas: pārmērīgs disperģētāja atlikums elektroda loksnē var pasliktināt šūnu ciklu un pirmā -cikla efektivitāti. Ja nanocaurules tiek saīsinātas, lai samazinātu viskozitāti, malu attiecība samazinās, spēja izveidot vadošu tīklu tieši vājinās, un iekšējā pretestība palielinās ar tādu pašu pievienošanas daudzumu.
| Dažādu CNT pastas apstākļu salīdzinājums (NMP sistēma, 25 grādi) | Efektīvs CNT saturs | Viskozitāte mPa·s (25 grādi) | Galvenie sāpju punkti | Nozares atsauces avots |
|---|---|---|---|---|
| Parastā komerciālā pasta | 4-5% | 2000-6000 | Sabalansēti rādītāji, laba kopējā stabilitāte | GB/T 33818-2017 CNT Conductive Paste valsts standarts |
| Parastā augsta-cietā-satura pasta (bez zemas-viskozitātes optimizācijas) | 6-8% | 8000-18000 | Augsta viskozitāte, sarežģīta transportēšana un filtrēšana, nosliece uz uzglabāšanas želeju | Litija akumulatoru vadošo piedevu rūpniecības mērījumi dati |
| Optimizēta augstas{0}}cietības, zemas-viskozitātes pasta | 6-8% | 3000-6000 | Augsts procesa slieksnis, grūti līdzsvarojama vadītspēja, uzglabāšana un izkliede | Publiski pārbaužu ziņojumi no vadošajiem materiālu ražotājiem |
Shandong Tanfeng veic mērķtiecīgu CNT diametra un garuma skrīningu izejmateriālu stadijā, izvairoties no īpaši{0}}augstas-izmēra-attiecības cauruļu izvēles augstas-cietas, zemas{4}}viskozitātes produktiem. Tas mazina kraso viskozitātes pieaugumu pie avota, vienlaikus saglabājot pietiekamu vadītspēju, izvairoties no elektroķīmiskās veiktspējas upurēšanas, vienkārši saīsinot caurules.
2. Dispersantu formulas izstrādes grūtības: viskozitātes samazināšana, nesabojājot akumulatora elektroķīmisko veiktspēju
Ir ļoti grūti izstrādāt specializētus disperģējošus preparātus, kas piemēroti augstas -cietas, zemas-viskozitātes apstākļiem. Pārāk maza dispersanta pievienošana izraisa aglomerāciju un želeju; pievienojot pārāk daudz piesārņo šūnu. Parastajiem vispārējas nozīmes -disperģētājiem ir grūti izpildīt abas prasības.
Dispersanti adsorbējas uz CNT virsmas, izmantojot steriskus šķēršļus, lai novērstu nanocauruļu savstarpējo sapīšanu, tādējādi samazinot viskozitāti. Tomēr augsta -cietā- satura apstākļos CNT kopējais īpatnējais virsmas laukums ir liels, tāpēc ir nepieciešams proporcionāli lielāks kopējais dispersanta daudzums.
Nepietiekams disperģētāja piedevas:Nepilnīgs nanocauruļu virsmas pārklājums izraisa strauju sekundāru aglomerāciju augsti{0}}cietā vidē, izraisot želeju un salipšanu.
Pārmērīga disperģētāja pievienošana:Šķīdinātājā paliek brīvs disperģētāja pārpalikums, izraisot blakusparādības litija akumulatora uzlādes un izlādes laikā, samazinot pirmo-ciklu kulonu efektivitāti, saasinot gāzes veidošanos un ietekmējot cikla kalpošanas laiku.
Daudzas lētas{0}}cenas, augstas-cieta satura{2}} pastas tirgū ir atkarīgas no lielām parasto dispersantu devām, lai samazinātu viskozitāti. Lai gan plūstamība īstermiņā var izskatīties labi, cikla samazināšanās kļūst acīmredzama pēc akumulatora uzlādēšanas - galvenais iemesls ir nesabalansēta izkliedētāja attiecība. Tajā pašā laikā dispersantam ir jābūt saderīgam ar NMP un ūdens{6}}sistēmām un nedrīkst būt pretrunā ar turpmākajām PVDF un CMC-SBR saistvielām.
Shandong Tanfeng izmanto patentētu jauktu disperģēšanas sistēmu, precīzi kontrolējot disperģētāja pārklājuma attiecību. Nodrošinot pietiekamu nanocauruļu virsmas pārklājumu, tas kontrolē brīvā disperģētāja proporciju, līdzsvarojot pastas plūstamību un akumulatora elektroķīmisko veiktspēju. Katrai partijai tiek veikta atlikušā oglekļa un piemaisījumu kontrole, lai izvairītos no pārmērīga disperģētāja izraisīta šūnu riska.
3. Fiziskās izkliedes procesa grūtības: pilnīga sasaistīšana{1}}bez pārmērīgas bīdes, kas bojā CNT struktūru
Augsta-cietā-satura apstākļos oglekļa nanocauruļu-savienošanas grūtības strauji palielinās. Nepietiekama izkliede izraisa aglomerāciju; pārmērīga bīde sagriež nanocaurules, samazinot to malu attiecību un tieši upurējot vadītspēju. Tas izvirza ārkārtīgi augstas prasības ražošanas iekārtām un procesa parametru kontrolei.
Parastā lodīšu frēzēšanas iekārta var apstrādāt pastas ar zemu -cieto-saturu, taču, saskaroties ar 6-8% augsta-cietā-satura materiāliem, suspensijas augstā viskozitāte un lipīgā daba izraisa nevienmērīgu bīdes lauka sadalījumu, kas viegli noved pie lokālas nepietiekamas slīpēšanas{{6}.
Nepietiekams slīpēšanas spēks:CNT saišķi netiek atvērti, un suspensijā ir liels daudzums mikro-aglomerātu, kā rezultātā D90 daļiņu izmērs pārsniedz standartus, vēlāk izraisot filtra aizsērēšanu un melnus plankumus uz elektrodu loksnes.
Pārmērīgs slīpēšanas/homogenizācijas spēks:CNT tiek mehāniski sagriezti, izraisot ievērojamu malu attiecības samazināšanos un paaugstinot vadošās perkolācijas slieksni. Lai sasniegtu tādu pašu vadītspējīgu efektu, ir jāpalielina CNT pievienošanas daudzums, novēršot izmaksu priekšrocības, ko rada augsts cietvielu saturs.
Lai sasniegtu augstu cieto vielu un zemu viskozitāti, parasti ir nepieciešama daudzpakāpju homogenizācija ar augstu{1} spiedienu kopā ar kontrolētiem slīpēšanas procesiem, precīzi kontrolējot cikla laikus un spiediena parametrus. Šis ir kapitāl- un tehnoloģiju-ietilpīgs process, ko parastās mazās rūpnīcas cīnās, lai nodrošinātu stabilu masveida-ražošanu.
Shandong Tanfeng ir konfigurējis daudzpakāpju augstspiediena-homogenizācijas ražošanas līnijas ar atsevišķi kalibrētiem procesa parametriem augstas-cietām, zemas{3}viskozitātes pastām. Daļiņu izmēra D50/D90 tiešsaistes uzraudzība nodrošina rūpīgu atdalīšanu-, vienlaikus aizsargājot CNT malu attiecību, izvairoties no nozares izplatītās problēmas, kas saistīta ar "cauruļu iznīcināšanu, cenšoties panākt izkliedi".
4. Uzglabāšanas un lietošanas stabilitātes grūtības: izturētas rūpnīcas pārbaudes, bet pēc uzglabāšanas novērojama viskozitātes atsitiena un želejas veidošanās
Koloidālā sistēma ar augstu -cietu- saturu, zemu-viskozitāti CNT vadoša pasta ir jutīgāka. Uzglabāšanas laikā tā ir pakļauta viskozitātes atsitienam, mīkstai sedimentācijai un želejai, un uzglabāšanas un transportēšanas apstākļiem ir daudz stingrākas prasības nekā parastajai pastai.
Pat ja visi indikatori iztur rūpnīcas pārbaudi, uzglabāšanas laikā noliktavā CNT daļiņas augstajā{0}}cietajā sistēmā atrodas tuvāk viena otrai, un van der Vālsa spēki var iedarboties vieglāk. Dažiem produktiem ir ļoti zema viskozitāte tūlīt pēc ražošanas, bet pēc 30-60 dienu uzglabāšanas viskozitāte nepārtraukti palielinās, pat pārvēršoties želejveida stāvoklī un zaudējot plūstamību. Galvenie riska punkti:
Temperatūras svārstības ietekmē dispersantu adsorbcijas līdzsvaru; augstas{0}}temperatūras vide paātrina viskozitātes atjaunošanos.
Liela attāluma{0}}transportēšanas vibrācija traucē koloidālo struktūru, izraisot nogulsnēšanos pēc ierašanās.
Kad notiek želeja, pat atkārtoti{0}}maisot, daļu sekundāro aglomerāciju nevar pilnībā atjaunot.
Rūpnīcas gadījuma izpēte:Enerģijas uzglabāšanas uzņēmums iegādājās 7 % cietas-satura, zemas-viskozitātes CNT vadošas pastas. Pēc ierašanās viskozitāte bija 4200 mPa·s, kas izskatījās labi. Pēc 2 mēnešu uzglabāšanas noliktavā viskozitāte palielinājās līdz 13 000 mPa·s, un konteineros parādījās želeja, padarot visu partiju nelietojamu ražošanai.
| Riska punkts | Fenomens | Ražošanas ietekme |
|---|---|---|
| Viskozitātes atsitiens | Pēc stāvēšanas viskozitāte nepārtraukti palielinās | Cauruļvadu transportēšanas grūtības; visas vircas sistēmas viskozitāte pēc sajaukšanas pārsniedz standartus |
| Sekundārā želācija | Pasta kļūst želejveidīga{0}}, zaudē plūstamību | Nevar barot; viss konteiners nodots metāllūžņos |
| Paātrināta sedimentācija | Biezi nogulumi apakšā; palielinās re-izkliedes grūtības | Paaugstināta iekšējās pretestības mainīgums elektrodu loksnēs pēc padeves |
Shandong Tanfeng veic paātrinātas novecošanas un sedimentācijas testus augstas -cietās, zemas-viskozitātes pakāpēm, simulējot ilgstošas-uzglabāšanas un augstas-temperatūras vidi, lai pārbaudītu preparātus ar labāku koloidālo stabilitāti. Produkta specifikāciju lapā ir iekļauti uzglabāšanas temperatūras un glabāšanas laika ieteikumi, kā arī norādījumi par atkārtotu sajaukšanu klientiem, lai samazinātu uzglabāšanas kļūmes risku uz vietas.
5. Pakārtotā procesa pielāgošanas grūtības: augstas-cietas, zemas{2}}viskozitātes pastas atlasi nevar balstīt tikai uz diviem indikatoriem
Izvēloties augsta-cietā-satura, zemas-viskozitātes CNT vadošo pastu, nevar aplūkot tikai cietās vielas saturu un viskozitāti. Jāņem vērā arī filtrējamība, piemaisījumu līmenis un savietojamība ar anoda/katoda suspensijas sistēmu; pretējā gadījumā masveida ražošanas laikā parādīsies dažādas problēmas.
Daudzi pētniecības un attīstības darbinieki koncentrējas tikai uz cieto vielu satura un viskozitātes skaitļiem uz produkta etiķetes, atstājot novārtā citus atbalsta rādītājus, un masveida ražošanas laikā saskaras ar kļūmēm:
Lai gan pastai ir zema viskozitāte, tā satur daudz mikro-aglomerātu, kas izraisa biežu filtru aizsērēšanu akumulatoru rūpnīcā un atkārtotu ražošanas līniju izslēgšanu ekrāna maiņas dēļ.
Nepietiekama magnētisko metālu piemaisījumu kontrole: augstā{0}}cietā sistēma ievada vairāk piemaisījumu, palielinot šūnu pašizlādes risku.
Slikta saderība ar silīcija anoda sistēmām uz ūdens{0}}: pievienojot maisīšanas tvertnei, notiek sabiezēšana un flokulācija.
Augsta cietā viela un zema viskozitāte ir visaptveroši rādītāji. Novērtējumā ir jāiekļauj filtrējamība, piemaisījumi, elektroķīmiskā savietojamība un uzglabāšanas stabilitāte. Pirms liela apjoma-iepirkuma piešķiriet prioritāti neliela apjoma un izmēģinājuma verifikācijai.
6. Pilns raksta kopsavilkums
Četras galvenās tehniskās grūtības, kas saistītas ar augstu -cietu- saturu, zemu-viskozitāti CNT vadītspējīgu pastu, ir šādas: materiāla raksturīgā spēcīga mijiedarbība, kas izraisa dabisku viskozitātes pieaugumu; disperģējošs sastāvs, kam nepieciešams līdzsvarot viskozitātes samazināšanos un elektroķīmiskās blakusparādības; izkliedes process, kas nepieciešams, lai līdzsvarotu sadalīšanu un CNT malu attiecības aizsardzību; un koloidālā sistēma ir jutīga, pakļauta viskozitātes atsitienam un želejai uzglabāšanas laikā. Tikai augsta cietvielu satura un zemas viskozitātes sasniegšana nebūt nav pietiekama; Uzglabāšanas stabilitāte, piemaisījumi un elektroķīmiskā savietojamība ir neaizstājami.
Augstas -cietas, zemas-viskozitātes CNT vadošās pastas priekšrocības ir ļoti skaidras,-tā var palīdzēt litija akumulatoru rūpnīcām samazināt loģistikas, šķīdinātāju un žāvēšanas izmaksas. Tomēr tehniskais slieksnis ir augsts, un tā ir daudzdimensionāla, savstarpēji ierobežojoša tehniskā sistēma, ko nevar sasniegt, vienkārši pielāgojot attiecību. Daži tirgū pieejamie produkti upurē vadītspēju un cikla stabilitāti pievilcīgu cieto vielu satura un viskozitātes parametru dēļ. Klientiem atlases laikā ir jāveic daudzdimensionāls un visaptverošs novērtējums, nevis jāaplūko tikai etiķetes parametri.
Kā profesionāls CNT vadošas pastas ražotājs Shandong Tanfeng ir ieguldījis augstas -cietas, zemas-viskozitātes pastas izstrādājumu izstrādē ar pilnām iespējām izejvielu sijāšanā, jauktā dispersijā un stabilitātes pārbaudē. Tas var nodrošināt augstas-cietas, zemas{6}}viskozitātes pastas paraugus uz NMP-uz eļļas- bāzes, atbalstīt klientu nelielas- mēroga novērtējumus un vienlaikus sniegt ieteikumus uzglabāšanas un padeves procesam, palīdzot akumulatoru uzņēmumiem novērtēt produktu piemērotību masveida ražošanai.
FAQ
J: Vai augsta{0}}cietā-satura, zemas{2}}viskozitātes CNT vadošai pastai vienmēr ir spēcīgāka vadītspēja?
A: Ne obligāti. Ja, griežot nanocaurules vai izmantojot pārmērīgu disperģētāju, tiek panākta zema viskozitāte, malu attiecība samazinās, un vadītspēja faktiski pasliktinās. Galvenais ir koncentrēties uz efektīvo CNT malu attiecību un izkliedes stāvokli.
J. Vai augstas{0}}cietas, zemas-viskozitātes pastai ir nepieciešama uzglabāšana ledusskapī?
A: Ieteicams kontrolēt uzglabāšanas vidi 10-30 grādu temperatūrā un izvairīties no augstas-temperatūras iedarbības. Salīdzinot ar parasto pastu, augstas-cietās, zemas-viskozitātes pakāpes ir jutīgākas pret temperatūras svārstībām. Mēģiniet saīsināt uzglabāšanas periodu un ieviest FIFO (first{7}}in, first-out) krājumu pārvaldību.
J: Vai uz ūdens{0}}bāzētās sistēmas var nodrošināt augstu-cietu-saturu, zemas-viskozitātes CNT vadošu pastu?
A: Ūdens{0}}sistēmām ir spēcīgāki koloidālie ierobežojumi. Komerciālos apstākļos ir ļoti grūti sasniegt tādu pašu augstu cietvielu saturu kā sistēmām, kuru pamatā ir NMP-eļļa-. Piespiedu kārtā paaugstinot cieto vielu saturu, viskozitāte un uzglabāšanas stabilitāte strauji pasliktināsies. Nozares galvenais ūdens{6}sistēmu līmenis joprojām ir 2–5% diapazonā.