Durante o processo de seleção de materiais para baterias de lítio, muitos engenheiros de P&D lutam para escolher o sistema solvente para a pasta condutora SWCNT. Embora o desempenho dos nanotubos de carbono seja semelhante entre as versões baseadas em água-e as baseadas em óleo NMP-, seus sistemas dispersantes, compatibilidade e condições de processamento diferem muito. A escolha do sistema errado pode levar a problemas como floculação de lama, falha de dispersão e aumento vertiginoso da impedância do eletrodo durante a produção em massa. Esclarecer os limites aplicáveis dos dois tipos de polpa e combiná-los com o processo de mistura existente na fábrica é essencial para aproveitar totalmente as principais vantagens dos SWCNTs: alta condutividade e baixos níveis de adição. A Shandong Tanfeng pode fornecer pastas SWCNT à base de-água e óleo NMP-e concluiu ajustes de formulação para diferentes sistemas de mistura para ajudar os fabricantes de baterias de lítio a reduzir custos de tentativa-e-erro.
I. Comparação do indicador principal: pasta SWCNT baseada em água- vs. óleo NMP-
A principal diferença entre pastas SWCNT à base de água-e óleo NMP-está no dispersante e no transportador de solvente. Embora a condutividade do CNT seja semelhante, a sua compatibilidade com ligantes e materiais ativos é completamente diferente. A mistura ou uso-entre sistemas é estritamente proibida.
SWCNTs têm diâmetros extremamente finos e são altamente propensos à aglomeração. As pastas fluidas-à base de água e{2}}à base de óleo empregam sistemas dispersantes e de modificação de superfície totalmente diferentes para se adequarem aos ambientes de mistura aquosos e NMP incompatíveis. Misturá-los provavelmente causará precipitação de dispersantes e aglomeração de CNT em grande-escala. Com base no padrão GB/T 33818-2017 para pastas condutoras de nanotubos de carbono, as principais comparações dos indicadores são as seguintes:
| Item de comparação | Pasta à base de óleo SWCNT NMP- | Pasta à base de água SWCNT- | Base de Referência |
|---|---|---|---|
| Meio de Dispersão | NMP | Água Deionizada | Folha de especificações do produto |
| Fichário compatível | PVDF | CMC + SBR | Prática da indústria de pasta de bateria de lítio |
| Conteúdo Sólido Típico | 4% - 8% | 3% - 7% | Dados de teste de lote de fábrica |
| Controle de impurezas metálicas | Menor ou igual a 15 ppm | Menor ou igual a 15 ppm | GB/T 33818-2017 |
| Temperatura de armazenamento adequada | 10-30 graus, proteja do congelamento | 10-25 graus, evita estritamente o congelamento-descongelamento | Registros de testes de envelhecimento acelerado |
| Aplicação do eletrodo principal | Cátodo NCM de alto-níquel | Ânodo de silício-carbono, ânodo de grafite | Estatísticas do piloto de bateria de energia |
A Shandong Tanfeng produz esses dois tipos de pastas condutoras SWCNT em linhas de produção segregadas para evitar contaminação-cruzada. Cada lote passa por verificação de compatibilidade para garantir o desembaraço adequado do CNT em seu respectivo sistema e reduzir o risco de aglomeração.
II. Sistemas adequados e pontos de aplicação para pasta condutora SWCNT baseada em óleo NMP-
A pasta condutora SWCNT baseada em óleo NMP-é adequada apenas para sistemas de mistura-de solventes NMP, principalmente para cátodos de baterias de lítio. Ele não pode ser usado em pastas anódicas-à base de água. O processo de alimentação deve envolver pré-mistura com solução aglutinante PVDF.
A pasta-de SWCNT à base de óleo usa NMP como transportador, com dispersantes que são solúveis de forma estável em NMP e oferecem excelente compatibilidade com o aglutinante PVDF.Principais cenários de aplicação:Cátodos NCM de alto-níquel, sistemas catódicos de alta-tensão e formulações de cátodos à base de óleo-que exigem adição de agente condutor extremamente baixa.
Procedimento de mistura padrão:
Dissolva totalmente o PVDF em solvente NMP para preparar uma solução aglutinante uniforme.
Adicione a pasta à base de óleo SWCNT NMP-e pré{1}}misture em baixa velocidade, permitindo que os CNTs se dispersem totalmente no ambiente da solução de aglutinante.
Adicione o material ativo do cátodo e outros agentes condutores, aumentando gradativamente a velocidade de dispersão.
Após passar nas verificações de finura e viscosidade, filtre e transfira para o processo de revestimento.
Precauções de produção:
Proibir estritamente a adição de pasta SWCNT à base de óleo-NMP diretamente em pastas-à base de água; isso causará floculação e aglomeração imediatas.
SWCNTs são sensíveis às condições de dispersão. A alimentação com pó seco não é recomendada; a etapa de pré-mistura é essencial.
Garanta uma boa ventilação na oficina e controle o desvio de conteúdo sólido causado pela evaporação do solvente NMP.
Estudo de caso de fábrica:Uma empresa de baterias NCM de alto-níquel inicialmente usou por engano uma pasta condutora SWCNT baseada em água-em seu sistema de cátodo NMP. Material floculento visível apareceu na pasta, levando à rejeição maciça da folha de eletrodo devido a manchas pretas. Depois de mudar para a pasta condutora SWCNT baseada em óleo NMP da Shandong Tanfeng-e seguir o processo de pré-mistura, a impedância do eletrodo atendeu aos padrões e a taxa de defeito voltou ao normal.
III. Sistemas adequados e pontos de aplicação para pasta condutora SWCNT baseada em água-
A pasta condutora SWCNT à base de água é específica para mistura aquosa, usada principalmente em ânodos de baterias de lítio. Não é adequado para sistemas catódicos baseados em óleo-NMP. O processo requer mistura inicial com solução de ligante CMC, com ligante SBR adicionado posteriormente.
A lama-de SWCNT à base de água usa água pura como meio, com dispersantes adaptados ao ambiente aquoso. Destina-se principalmente a ânodos de grafite e ânodos de carbono com alto teor de-silício-silício-, alinhando-se à tendência atual de processos de ânodos baseados em água-ecologicamente corretos.
Principais cenários de aplicação:Ânodos de-silício-de carbono de última geração, ânodos de grafite de carregamento-rápido e ânodos de micro{3}}baterias.
Procedimento de mistura padrão:
Dissolva o CMC em água deionizada para preparar uma solução aglutinante uniforme.
Adicione a pasta condutora SWCNT à base de água-e pré-{1}}disperse em baixa velocidade.
Adicione o pó ativo de carbono de grafite/silício-e os agentes condutores auxiliares e disperse em alta velocidade.
Finalmente, adicione o látex SBR em baixa velocidade e ajuste a viscosidade para completar a preparação da pasta.
Precauções de produção:
O SBR não deve ser misturado com pasta de SWCNT à base de água em alta velocidade por um longo período, pois isso pode causar desemulsificação do látex.
Evite estritamente o congelamento-de baixa temperatura durante o armazenamento; ciclos de congelamento-degelo danificam irreversivelmente o sistema de dispersão.
Não permita a contaminação com pasta à base de óleo-NMP, pois isso causará floculação.
A pasta condutora SWCNT à base de água da Shandong Tanfeng-foi modificada e otimizada para ânodos de silício-carbono. Ele pode manter a rede de ponte CNT mesmo sob repetidas expansões e contrações de partículas de silício, ajudando a célula a manter um ciclo de vida estável.
4. Dimensões Básicas para Julgamento de Seleção
O principal critério de seleção é o sistema de mistura de solventes existente na fábrica, seguido pelo fato de o eletrodo ser um cátodo ou ânodo. O desempenho não pode ser baseado apenas nas propriedades do CNT; mesmo os SWCNTs da mais alta qualidade terão desempenho inferior se o transportador de solvente for incompatível.
| Dimensão de seleção | Escolha pasta SWCNT baseada em óleo NMP- | Escolha pasta SWCNT à base de água- |
|---|---|---|
| Solvente de mistura | Usa NMP como solvente | Usa água pura como solvente |
| Posição do eletrodo | Cátodo de bateria de lítio | Ânodo de bateria de lítio |
| Sistema de encadernação | PVDF | CMC-SBR |
| Posicionamento típico do produto | NCM de alto-níquel, cátodos de{1}compactação alta | Ânodos de silício-de carbono, ânodos de grafite de carregamento-rápido |
Equívoco comum:Alguns funcionários de P&D acreditam que qualquer pasta condutora SWCNT é universal e simplesmente troca o solvente ou mistura-os diretamente. Isto inevitavelmente leva à floculação da pasta e a defeitos nos eletrodos. Mesmo que a matéria-prima do CNT seja a mesma, os sistemas dispersantes para pastas à base de água-e à base de óleo-são completamente diferentes e não suportam uso-cruzado.
Se uma empresa tiver necessidades de desenvolvimento de cátodo e ânodo, a Shandong Tanfeng poderá fornecer amostras de pastas condutoras SWCNT à base de óleo-e de água-para testes paralelos de comparação em pequena-escala, reduzindo os custos de testes-e-erros de P&D.
V. Inspeção de materiais recebidos e recomendações de práticas de produção
Ao receber a pasta condutora SWCNT, além do conteúdo sólido e do conteúdo CNT, um teste de compatibilidade de formulação em pequena-escala é essencial. Confirme a compatibilidade com os ligantes da fábrica antes de prosseguir com a produção piloto e em massa.
Verifique o relatório de fábrica do produto para confirmar se ele é a versão à base de água-ou à base de óleo NMP-para evitar a recuperação incorreta de material no armazém.
Armazene de acordo com as condições especificadas na chegada e re-agite bem todo o tambor antes de usar.
Priorize testes em escala-de laboratório, observando floculação ou aglomeração e testando a finura e a resistividade do eletrodo.
Quando o desempenho eletroquímico em pequena{0}}escala for satisfatório, prossiga com a verificação piloto e depois com a produção em massa.
A equipe técnica da Shandong Tanfeng pode fornecer referências de processo, como velocidade de agitação e duração da pré{0}}mistura, com base na formulação existente do cliente para reduzir o ciclo de depuração.
As pastas condutoras SWCNT são divididas em tipos NMP à base de óleo-e à base de água-. Embora o desempenho do CNT seja semelhante, os dispersantes e os transportadores de solvente são completamente independentes e não podem ser misturados entre sistemas. A pasta SWCNT baseada em óleo NMP-é adequada para sistemas catódicos que usam mistura NMP e aglutinante PVDF. A pasta SWCNT à base de água-é adequada para sistemas anódicos que usam mistura aquosa e aglutinante CMC-SBR, mais comumente para ânodos de silício-carbono. O principal fator de seleção é combinar o solvente de mistura e o tipo de eletrodo da própria fábrica, seguido pela verificação-em pequena escala. Shandong Tanfeng tem recursos de produção em massa para pastas condutoras SWCNT à base de água-e óleo-, com rigoroso controle de impurezas e estabilidade de lote, além de fornecer suporte tecnológico de processo para auxiliar no desenvolvimento de-projetos de baterias de última geração.