استخدامات أنابيب الكربون النانوية NMP-الزيت المعتمد على-المعجون الموصل المعتمد على الماء-المعجون الموصل في بطاريات الليثيوم

إن المعجون الموصل للأنابيب النانوية الكربونية هو مادة مضافة موصلة لا غنى عنها لإعداد قطب كهربائي لبطارية الليثيوم. ينقسم مسار المذيب للمعجون إلى النظام التقليدي الذي يعتمد على الزيت-NMP-والنظام الناشئ المعتمد على الماء-. بدأ المزيد والمزيد من الشركات المصنعة للبطاريات في التحقيق: هل سيتم استبدال مذيب NMP بالكامل؟ ما هو التقدم الفعلي للنظام المعتمد على الماء-في مجال بطاريات الليثيوم؟ ما هو مسار العملية الذي يجب أن يطابقه المعجون الموصل للأنابيب النانوية الكربونية؟ مع تنفيذ التحكم العالمي في المركبات العضوية المتطايرة ولوائح البطاريات في الاتحاد الأوروبي، أصبح اختيار مسار المذيبات مشكلة أساسية في تخطيط خط الإنتاج وتكرار الصياغة. تحلل هذه المقالة، جنبًا إلى جنب مع ممارسة الإنتاج الضخم، بشكل موضوعي اتجاه استبدال NMP، وحالة التصنيع الحالية للعملية القائمة على الماء-، وتوفر حلول تكيف معجون موصل CNT.

1. يتمتع مذيب NMP باتجاه بديل طويل الأمد-، ولكن لا يمكن التخلص منه تمامًا على المدى القصير

نظرًا للقيود التي تفرضها اللوائح البيئية وتكاليف الاسترداد، تواجه NMP اتجاهًا مستمرًا للاستبدال؛ ومع ذلك، نظرًا لاستقرار مواد كاثود NCM عالية-النيكل، فإن نمطًا من المسارات "التي تعتمد على النفط-والتي تعتمد على الماء-تتعايش على المدى الطويل-" سوف يتشكل على المدى المتوسط ​​إلى المدى الطويل، بدلاً من الاستبدال الكامل-لمرة واحدة.

يعتبر NMP (N-ميثيل بيروليدون) مذيبًا مخصصًا لنظام ربط PVDF وهو أيضًا وسيلة تشتيت لمعجون CNT التقليدي المعتمد على الزيت-. تُدرج لوائح الاتحاد الأوروبي REACH وسياسات التحكم في المركبات العضوية المتطايرة المحلية NMP باعتبارها مادة مثيرة للقلق الشديد. قضايا مثل سميتها الإنجابية، والاستثمار الكبير في معدات الاسترداد، وتقلبات أسعار المواد الخام تجبر الصناعة على البحث عن بدائل.

ومع ذلك، فإن حقيقة التصنيع واضحة أيضًا: مواد NCM التي تحتوي على نسبة عالية من النيكل{0} تكون عرضة لاستخراج الليثيوم وذوبان المعدن الانتقالي عند ملامستها للماء، مما يؤدي إلى تآكل مجمع تيار الألومنيوم. المعاجين ذات الأساس المائي-للأقطاب الكهربائية السميكة-عالية الضغط تكون أكثر عرضة لتشقق صفائح الإلكترود. تتبنى العديد من شركات البطاريات الرائدة إستراتيجية تبديل تدريجية: تعطي خطوط إنتاج الأنود وLFP الأولوية للتحويل المعتمد على الماء-، بينما تحتفظ خطوط إنتاج الطاقة العالية-من النيكل بالعملية المعتمدة على الزيت-NMP-.

مقارنة كمية بين النظام المعتمد على-الزيت-NMP والنظام المعتمد على الماء-

مرجع:علوم وتكنولوجيا تخزين الطاقةمراجعة الصناعة وبيانات العملية المتاحة للعامة من مصانع البطاريات من الدرجة الأولى. تفشل العديد من الشركات في تحويلها لأنها تستخدم بشكل مباشر-معجون موصل CNT يعتمد على الزيت في الأنظمة المعتمدة على الماء-، مما يؤدي إلى التلبد والترسيب والفشل في بناء شبكة موصلة. لقد طورت Shandong Tanfeng بشكل مستقل معاجين موصلة CNT مناسبة لكلا النظامين: المعجون القائم على الزيت - يتحكم بدقة في مؤشرات الرطوبة؛ يستخدم المعجون المائي- تقنية تعديل السطح CNT لتحسين الكارهة للماء وتقليل مخاطر التكتل.

2. حالة التطبيق الفعلي للأنظمة المعتمدة على الماء-في بطاريات الليثيوم

لقد تم تعميم العملية المعتمدة على الماء -لأنودات بطارية الليثيوم بشكل كامل؛ حققت كاثودات LFP-اختراقًا في الإنتاج الضخم على نطاق صغير؛ لا يزال المسار المعتمد على الماء -لكاثودات NCM عالية-من النيكل في مرحلة التحقق التجريبية والصغيرة-، مع وجود دورة اختراق تقني لا تزال هناك حاجة إليها قبل التصنيع-على نطاق واسع.

2.1 الأنودات ذات الأساس المائي - (الجرافيت / السيليكون - الأنودات الكربونية): تطبيق واسع النطاق ناضج -

اعتمدت أنودات الجرافيت منذ فترة طويلة على نطاق واسع النظام المعتمد على الماء CMC+SBR-، ويتم استخدام معجون CNT الموصل المعتمد على الماء على نطاق واسع جدًا. في أنظمة أنود الجرافيت التقليدية، تكون العملية المعتمدة على الماء-مستقرة من الناحية الفنية ويمكن التحكم في إنتاجيتها. تعتمد بطاريات تخزين الطاقة المحلية و-أنودات البطاريات ذات العجلتين بشكل كامل تقريبًا على الماء.

يتم التمييز بوضوح بين سيناريو أنودات السيليكون-مركب الكربون: يمكن أن يحاول كربون السيليكون العادي-النظام المعتمد على الماء-؛ تستخدم الأنودات ذات المحتوى العالي من -السيليكون- في كثير من الأحيان المحلول المعتمد على الزيت -NMP- لتخفيف التحلل المائي لجسيمات السيليكون واضمحلال الدورة.

2.2 كاثودات LFP القائمة على الماء: اختراق ثابت للإنتاج الضخم

يتمتع LFP بثبات كيميائي ممتاز ومقاومة رائعة للتحلل المائي، مما يجعله أفضل نقطة دخول لعملية الكاثود- المعتمدة على الماء. يخطط العديد من الشركات المصنعة لبطاريات تخزين الطاقة مباشرةً لحلول الكاثود المعتمدة على الماء- لخطوط الإنتاج الجديدة، المقترنة بمعجون موصل CNT معتمد على الماء-، مما يقلل بشكل فعال من الاستثمار في معدات NMP وتكاليف التشغيل والصيانة البيئية. تتركز القيود الحالية على عملية تجفيف صفائح القطب الكهربائي السميكة والتحكم في مرونة صفائح القطب.

2.3 كاثودات النيكل NCM ذات الأساس المائي-المرتفعة-: لم يتم إنتاجها بكميات كبيرة بعد

تتمتع مواد NCM عالية-من النيكل بنشاط كيميائي عالي. عند ملامسة الماء، تحدث تفاعلات جانبية، مما يسبب زيادة حادة في قلوية الملاط، وتآكل رقائق الألومنيوم، وانخفاض في عمر دورة الخلية. في الوقت الحالي، تعمل الصناعة بشكل أساسي على تخفيف العيوب من خلال طلاء المواد، وإضافات عازلة الأس الهيدروجيني، والمواد الرابطة الجديدة المستندة إلى الماء-، إلا أن إجمالي الإنتاج وعمر الدورة لا يزالان غير قادرين على مطابقة مسار NMP الناضج. لن تتحول بطاريات الطاقة-المتطورة في سيارات الركاب بسرعة إلى كاثودات تعتمد على الماء-في الوقت الحالي.

نقاط الضعف الأساسية في العملية-المعتمدة على الماء

إن الطبيعة الكارهة للماء للأنابيب النانوية الكربونية تعني أن المسحوق العادي يدخل الماء مباشرة ويتكتل بسهولة شديدة؛ يجب استخدام معجون موصل مصنوع من مادة CNT يعتمد على الماء-.

يؤدي التوتر السطحي العالي للماء إلى جعل صفائح الأقطاب الكهربائية السميكة-المغلفة عرضة للتجفيف غير المتساوي والتشقق وتساقط المواد.

ريولوجيا الملاط حساسة لدرجة الحرارة ودرجة الحموضة، مع نافذة ضيقة للتحكم في الإنتاج.

قامت شركة Shandong Tanfeng بتحسين تركيبات المعجون الموصل -المعتمدة على الماء لسيناريوهات بطاريات الليثيوم المعتمدة على الماء-، مما يوفر نطاقات التكيف الموصى بها للأس الهيدروجيني، مما يقلل من مشاكل تكوّن الملاط وتكوين الطبقات، ويساعد شركات البطاريات على تقصير دورة تصحيح الأخطاء في العملية.

3. كيفية مطابقة معجون أنابيب الكربون النانوية مع طريق المذيبات؟ دليل الاختيار العملي

بمجرد تحديد مسار المذيب، يجب أن يطابقه نظام اللصق الموصل CNT وفقًا لذلك. يُحظر خلط المعاجين ذات الأساس الزيتي-والمعاجين ذات الأساس المائي-بطريقة عشوائية؛ يجب إعطاء الأولوية لتأكيد نظام توافق المعجون مع الشركة المصنعة للمواد الخام.

السيناريو 1: يحتفظ خط الإنتاج بعملية تعتمد على -الزيت-NMP (طاقة ثلاثية، بطاريات نيكل عالية-، أنودات سيليكون عالية-)

مُستَحسَن:معجون موصل يعتمد على -زيت-NMP ومادة CNT موصلة.

المزايا:إن الأنابيب النانوية الكربونية مشتتة بالكامل، وتخزين المعجون مستقر، ومتوافق مع رابط PVDF، ومناسب لجميع أنواع المواد الكاثودية، وتعمل الشبكة الموصلة بشكل ثابت. يتحكم المعجون الموصل المعتمد على زيت Shandong Tanfeng-CNT بشكل صارم في الرطوبة التي تقل عن أو تساوي 1500 جزء في المليون لتجنب تكون هلام PVDF، مما يجعله مناسبًا لإنتاج 4680 بطارية أسطوانية كبيرة وذات معدل طاقة عالي- بكميات كبيرة.

السيناريو 2: خطط خط الإنتاج للمسار المعتمد على المياه (LFP لتخزين الطاقة، أنودات الجرافيت، الطلاءات المضادة للكهرباء الساكنة-)

مُستَحسَن:معجون موصل بتقنية CNT يعتمد على الماء.

يجب اختيار درجة مخصصة-لبطارية الليثيوم المعدلة-لبطارية-السطح؛ لا ينبغي أن يتم تشتيت مسحوق CNT مباشرة في الماء من قبل العميل. يستخدم معجون CNT الموصل المعتمد على الماء من Shandong Tanfeng- نظام تشتيت مطور ذاتيًا-، مما يلغي حاجة العملاء إلى شراء كميات كبيرة إضافية من المشتتات. وهو متوافق مع أنظمة الربط القائمة على الماء CMC/SBR-، مما يلبي احتياجات خفض التكاليف واحتياجات الإنتاج الصديقة للبيئة لبطاريات تخزين الطاقة.

أخطاء الاختيار الشائعة

الاعتقاد بأن "المعجون المائي-أرخص ثمنًا" والتعديل التحديثي لخطوط الإنتاج بشكل عشوائي، وتجاهل تكاليف تصحيح أخطاء العمليات وخسائر الإنتاجية.

الإضافة المباشرة لمعجون موصل CNT يعتمد على الزيت-إلى خزانات الخلط المعتمدة على الماء-، مما يؤدي إلى تلبد الملاط وتخريده.

يؤدي استخدام مسحوق CNT العادي في الأنظمة المعتمدة على الماء- إلى عدم كفاية التشتت وزيادة كمية الإضافة وزيادة المقاومة الداخلية.

4. توقعات تطوير طريق الصناعة وتوصيات تنفيذ المصنع

على المدى القصير (3-5 سنوات)، سيتم تطوير نظام NMP المعتمد على الزيت- والنظام المعتمد على الماء- بالتوازي. يعمل تخزين الطاقة وبطاريات النقل-منخفضة السرعة على تسريع عملية التحول إلى بطاريات تعتمد على الماء-. لا تزال بطاريات الطاقة-المتطورة في سيارات الركاب تستخدم بشكل أساسي العملية المعتمدة على الزيت-. يُنصح بحجز خطوط الإنتاج الجديدة مساحة تحويل توافق الخط المزدوج.

بالنسبة لشركات الطاقة الجديدة التي تخطط لترقيات الصياغة أو ترقيات خط الإنتاج، يمكن الرجوع إلى أفكار التنفيذ التالية:

تمايز وضع المنتج:بالنسبة للمنتجات التي تركز على تخزين الطاقة وLFP، قم بإعطاء الأولوية للمسار المعتمد على الماء والاتصال بعينات معجون موصل من CNT يعتمد على الماء؛ بالنسبة إلى-طاقة النيكل العالية-والأنودات-السليكونية العالية، استمر في تحسين النظام المعتمد على الزيت-المعتمد على NMP-على المدى القصير.

اختبار المواد المتزامنة:عند تحويل مسار المذيب، يجب أن يخضع الرابط ومعجون موصل CNT لاختبار التدرج في وقت واحد؛ لا ينبغي تغيير مادة خام واحدة وحدها.

التعامل مع الشركات المصنعة للصق 正规 مقدمًا:طلب عينات صغيرة من النظام المقابل للتحقق من استقرار اللصق، ومقاومة القطب، وأداء دورة الخلية.

Shandong Tanfeng New Material، باعتبارها شركة مصنعة محترفة للمعجون الموصل لـ CNT، تنتج بشكل متزامن -معجونًا موصلًا بزيت CNT-معتمدًا على زيت-NMP ومعجون موصل CNT قائمًا على الماء-، ويغطي فئتي MWCNT وFWCNT. استنادًا إلى نظام البطارية الخاص بالعميل ومسار المذيبات الحالي لخط الإنتاج، يمكنهم تقديم اختبار العينة وإرشادات عملية التشتت، مما يوفر حلاً شاملاً-لاختيار اللصق الموصل لـ CNT، وتوافق اللصق، ومشكلات تكتل التشتت.