Pasta conductivă de nanotuburi de carbon este un aditiv conductor indispensabil pentru prepararea electrozilor bateriei cu litiu. Calea solventului pentru pastă este împărțită în sistemul tradițional pe bază de ulei-NMP- și sistemul pe bază de apă-. Tot mai mulți producători de baterii încep să investigheze: va fi înlocuit complet solventul NMP? Care este progresul real al sistemului bazat pe apă-în domeniul bateriilor cu litiu? Cu ce cale de proces ar trebui să se potrivească pasta conductivă de nanotuburi de carbon? Odată cu implementarea controlului global VOC și a reglementărilor UE privind bateriile, selecția rutei cu solvenți a devenit o problemă de bază în planificarea liniei de producție și iterația formulării. Acest articol, combinat cu practica de producție în masă, analizează în mod obiectiv tendința de înlocuire a NMP, starea actuală de industrializare a procesului bazat pe apă-și oferă soluții de adaptare a pastei conductoare CNT.
1. Solventul NMP are o tendință de înlocuire-pe termen lung, dar nu poate fi eliminat complet pe termen scurt
Constrâns de reglementările de mediu și costurile de recuperare, NMP se confruntă cu o tendință continuă de înlocuire; cu toate acestea, limitat de stabilitatea materialelor catodice NCM cu{0}}nichel ridicat, se va forma pe termen mediu și lung un model de „căi pe bază de petrol-și apă-care coexistă pe termen lung-”, mai degrabă decât o înlocuire completă o dată-.
NMP (N-metilpirolidonă) este un solvent dedicat pentru sistemul de liant PVDF și este, de asemenea, mediul de dispersie pentru pasta conductivă CNT tradițională pe bază de ulei-. Reglementările REACH ale UE și politicile interne de control al COV indică ambele NMP drept o substanță de mare îngrijorare. Probleme precum toxicitatea reproductivă, investițiile mari în echipamente de recuperare și fluctuațiile prețului materiilor prime obligă industria să caute alternative.
Cu toate acestea, realitatea industrializării este la fel de clară: materialele NCM cu conținut ridicat de-nichel sunt predispuse la extracția litiului și la dizolvarea metalelor de tranziție la contactul cu apa, corodând colectorul de curent din aluminiu. Pastele pe bază de apă pentru electrozii groși de-compactare mare sunt mai predispuse la crăparea foii electrozilor. Multe companii de top în baterii adoptă o strategie de comutare treptată: liniile de producție cu anod și LFP acordă prioritate conversiei bazate pe apă-, în timp ce liniile de producție a energiei cu conținut ridicat de-nichel păstrează procesul pe bază de petrol-NMP-.
Comparație cantitativă între sistemul pe bază de ulei-NMP- și sistemul pe bază de- apă
| Dimensiunea de comparație | Sistem pe bază de ulei-NMP- (pastă conductivă CNT pe bază de- ulei) | Sistem pe bază de apă (-pastă conductivă CNT pe bază de apă) | Impact industrial |
|---|---|---|---|
| Solvent de bază | Solvent organic NMP | Apa deionizata | Pe bază de apă-reduce semnificativ costul de procurare a solvenților |
| Liant potrivit | PVDF | CMC/SBR, acid poliacrilic pe bază de apă | Sistemele de liant nu pot fi amestecate în mod arbitrar |
| Presiunea mediului | Ridicat, necesită echipament mare de recuperare | Scăzut, emisiile de COV reduse semnificativ | Fabricile de baterii care exportă în străinătate preferă traseul pe bază de apă- |
| Stabilitatea pastei | Perioada lungă de depozitare, CNT-urile nu sunt predispuse la aglomerare | Sensibil la pH, necesită dispersant CNT dedicat | Depanarea formulei de pastă pe bază de apă-are un prag mai mare |
| Materiale catodice adecvate | LFP, gamă completă de NCM/NCA | Matură pentru LFP; NCM de-nichel ridicat este încă verificat continuu | Puterea de vârf-NCM încă folosește în mare măsură sistemul bazat-NMP |
| Uscarea acoperirii Consumul de energie | Ridicat, necesită sistem de recuperare a solvenților | Relativ scăzut, economisește investiția de recuperare a NMP | Noile linii de producție de stocare a energiei au un avantaj de cost cu soluțiile bazate pe apă- |
| CNT Dificultate de dispersie | Moderate, CNT-urile au o compatibilitate excelentă | Relativ ridicate, CNT-urile sunt hidrofobe și predispuse la aglomerare | Necesită pastă conductivă CNT pe bază de apă-pre-pretratată de producător- |
Referinţă:Știința și tehnologia stocării energieirevizuirea industriei și datele de proces disponibile public din fabricile de baterii de primul-nivel. Multe companii eșuează în conversia, deoarece folosesc direct pastă conductoare CNT pe bază de ulei-în sistemele pe bază de apă-, ceea ce duce la floculare, sedimentare și eșec în construirea unei rețele conductoare. Shandong Tanfeng a dezvoltat în mod independent paste conductoare CNT potrivite pentru ambele sisteme: pasta pe bază de ulei-controlează strict indicatorii de umiditate; pasta pe bază de apă folosește tehnologia de modificare a suprafeței CNT pentru a îmbunătăți hidrofobicitatea și a reduce riscul de aglomerare.
2. Starea reală de aplicare a sistemelor bazate pe apă-în bateriile cu litiu
Procesul-pe bază de apă pentru anozii bateriilor cu litiu a fost pe deplin popularizat; Catozii LFP au atins o penetrare în producția de masă la scară mică-; ruta-pe bază de apă pentru catozii NCM cu-nichel înalt este încă în stadiul pilot și de verificare a loturilor-mice, cu un ciclu tehnic de revoluție încă necesar înainte de industrializarea-la scară largă.
2.1 Anozi pe bază de apă-(grafit/siliciu-anodi de carbon): aplicație matură la scară-largă
Anozii de grafit au adoptat pe scară largă sistemul CMC+SBR pe bază de apă, iar pasta conductivă CNT pe bază de apă este foarte utilizată. În sistemele convenționale cu anozi de grafit, procesul pe bază de apă-este stabil din punct de vedere tehnic, cu un randament controlabil. Bateriile de stocare a energiei casnice și anozii pentru bateriile cu două roți-se bazează aproape în totalitate pe apă-.
Scenariul pentru anozii compoziți cu siliciu-carbon este clar diferențiat: carbonul-siliciu obișnuit poate încerca sistemul bazat pe apă-; Anozii cu conținut ridicat de-siliciu- folosesc mai des soluția pe bază de ulei-NMP-pentru a atenua hidroliza particulelor de siliciu și degradarea ciclului.
2.2 Catozi LFP pe bază de apă-: Penetrare constantă a producției de masă
LFP are o stabilitate chimică excelentă și o rezistență remarcabilă la hidroliză, ceea ce îl face cel mai bun punct de intrare pentru procesul catod-pe apă. Mulți producători de baterii de stocare a energiei planifică direct soluții catodice pe bază de apă-pentru linii de producție noi, asociate cu pastă conductivă CNT pe bază de apă-, reducând eficient investițiile în echipamente NMP și costurile de operare și întreținere pentru mediu. Constrângerile actuale sunt concentrate pe procesul de uscare a foii electrodului cu acoperire groasă și controlul flexibilității foii electrodului.
2.3 Catozi NCM pe bază de apă-Nichel ridicat-: nu sunt încă produși în masă
Materialele NCM cu-nichel ridicat au activitate chimică ridicată. La contactul cu apa, apar reacții secundare, care determină o creștere bruscă a alcalinității suspensiei, coroziunea foliei de aluminiu și o scădere a ciclului celular. În prezent, industria atenuează în principal defectele prin acoperirea materialului, aditivii tampon de pH și noii lianți pe bază de apă-, dar randamentul general și ciclul de viață încă nu se potrivesc cu traseul NMP matur. Bateriile de putere-de gamă superioară pentru vehiculele de pasageri nu vor trece rapid la catozi pe bază de apă-deocamdată.
Punctele durerii centrale ale procesului bazat pe{0}}apă
Natura hidrofobă a CNT-urilor înseamnă pulberea obișnuită care intră direct în apă se aglomerează foarte ușor; trebuie folosită pastă conductoare CNT pe bază de apă-personalizată.
Tensiunea de suprafață mai mare a apei face ca foile de electrozi acoperite{0}}groase să fie predispuse la uscare neuniformă, crăpare și scurgere de material.
Reologia șlamului este sensibilă la temperatură și pH, cu o fereastră de control îngustă a producției.
Shandong Tanfeng a optimizat formulările de pastă conductivă CNT pe bază de apă-pentru scenariile de baterii cu litiu pe bază de apă-, oferind intervale recomandate de adaptare la pH, reducând problemele de gelificare și stratificare a nămolului și ajutând companiile de baterii să scurteze ciclul de depanare a procesului.
3. Cum să potriviți pasta conductivă de nanotuburi de carbon cu ruta solventului? Ghid practic de selecție
Odată determinată calea solventului, sistemul de pastă conductivă CNT trebuie să se potrivească în consecință. Este interzisă amestecarea în mod arbitrar a pastelor pe bază de ulei-cu apă-; ar trebui să se acorde prioritate confirmării sistemului de compatibilitate a pastei cu producătorul materiei prime.
Scenariul 1: Linia de producție reține procesul pe bază de ulei-NMP-(putere ternară, baterii cu-nichel ridicat, anozi cu-siliciu)
Recomandat:Pastă conductoare CNT pe bază de ulei{{0}NMP-.
Avantaje:CNT-urile sunt complet dispersate, stocarea pastei este stabilă, compatibilă cu liantul PVDF, potrivit pentru toate tipurile de materiale catodice, iar rețeaua conductivă funcționează stabil. Pasta conductoare CNT pe bază de ulei-de la Shandong Tanfeng controlează strict umiditatea Mai mică sau egală cu 1500 ppm pentru a evita gelificarea PVDF, făcând-o potrivită pentru producția de masă a bateriei cilindrice mari de 4680 și de mare-rată de putere.
Scenariul 2: Linia de producție planifică traseul bazat pe apă-(LFP de stocare a energiei, anozi de grafit, acoperiri anti-statice)
Recomandat:Pastă conductoare CNT pe bază de apă.
Trebuie să alegeți un grad dedicat pentru suprafață-litiu-baterie-modificată; Pulberea CNT nu trebuie dispersată direct în apă de către client. Pasta conductivă CNT pe bază de apă de la Shandong Tanfeng folosește un sistem de dispersie dezvoltat de sine stătător, eliminând nevoia clienților de a cumpăra cantități mari suplimentare de dispersant. Este compatibil cu sistemele de liant pe bază de apă CMC/SBR-, satisfacând nevoile de reducere a costurilor și de producție ecologică ale bateriilor de stocare a energiei.
Greșeli frecvente de selecție
Considerând că „pasta pe bază de apă-este mai ieftină” și modernizarea orbește liniile de producție, ignorând costurile de depanare a proceselor și pierderile de randament.
Adăugarea directă a pastei conductoare CNT pe bază de ulei-în rezervoarele de amestec pe bază de apă-, provocând flocularea și casarea șlamului.
Folosind pulbere CNT obișnuită în sisteme bazate pe apă-, rezultând o dispersie insuficientă, o cantitate crescută de adăugare și o rezistență internă mai mare.
4. Prognoza de dezvoltare a rutei industriale și recomandări de implementare a fabricii
Pe termen scurt (3-5 ani), sistemul NMP pe bază de petrol-și sistemul pe bază de apă-se vor dezvolta în paralel. Stocarea energiei și bateriile de transport cu viteză redusă-accelerează conversia la-pe bază de apă; bateriile de putere-de ultimă generație pentru vehicule de pasageri folosesc încă în principal procesul bazat-pe ulei. Noile linii de producție sunt sfătuite să rezerve spațiu de conversie pentru compatibilitatea cu două linii.
Pentru noile companii energetice care planifică modernizări ale formulării sau modernizări ale liniilor de producție, se pot face referire la următoarele idei de implementare:
Diferențierea poziționării produsului:Pentru produsele care se concentrează pe stocarea energiei și LFP, acordați prioritate traseului pe bază de apă-și conectați-vă cu mostre de pastă conductoare CNT pe bază de apă-; pentru puterea-înaltă-de nichel și anozi de-siliciu ridicat, continuați să optimizați sistemul NMP-pe bază de ulei- pe termen scurt.
Testarea simultană a materialelor:La transformarea rutei solventului, liantul și pasta conductoare CNT trebuie să fie supuse simultan testării gradientului; o singură materie primă nu trebuie schimbată singură.
Interacționați în avans cu producătorii de paste 正规:Solicitați mostre mici din sistemul corespunzător pentru a verifica stabilitatea pastei, rezistivitatea electrodului și performanța ciclului celular.
Shandong Tanfeng New Material, ca producător profesionist de pastă conductivă CNT, produce simultan în masă-pastă conductoare CNT pe bază de ulei-NMP- și pastă conductivă CNT pe bază de apă-, acoperind categoriile MWCNT și FWCNT. Pe baza sistemului de baterii al clientului și a traseului de solvenți existent pe linia de producție, aceștia pot oferi testarea probelor și ghidarea procesului de dispersie, oferind o soluție unică-pentru selectarea pastei conductoare CNT, compatibilitatea pastei și problemele de aglomerare a dispersiei.