В процессе смешивания суспензии литиевых батарей проводящая суспензия УНТ стала основной проводящей добавкой. Процессы нанесения, коэффициенты добавления и требования к дисперсии суспензии УНТ сильно различаются в зависимости от катодной и анодной систем. Многие заводы по переработке литиевых батарей просто применяют одни и те же параметры подачи для обоих, что может привести к таким проблемам, как высокое внутреннее сопротивление электродного листа, аномальная реология суспензии и нестандартный срок службы. Уточнение различных логик применения катодов и анодов и их сопоставление с соответствующими марками суспензий является ключом к полному использованию преимуществ УНТ в проводящей сети дальнего действия. Компания Shandong Tanfeng специализируется на исследованиях, разработках и производстве проводящих суспензий УНТ для литиевых батарей, разрабатывая специальные продукты для катодов и анодов, которые помогают производителям батарей упростить процессы-производства суспензий и стабилизировать электрохимические характеристики электродов.
I. Основные различия в применении катодов и анодов
Проводящая суспензия УНТ для катодов направлена на создание проводящих путей при небольших количествах добавок, подходящих для систем на основе масла-NMP. Применения анодов делятся на аноды на основе графита и аноды на основе кремния-, совместимые как с процессами на-масляной, так и на водной-основе. К анодам на основе кремния- предъявляются более высокие требования к соотношению сторон УНТ и ударной вязкости суспензии. Один и тот же сорт навозной жижи не должен использоваться как взаимозаменяемый.
Катодные активные материалы имеют высокую плотность уплотнения. Проводящий агент в первую очередь заполняет промежутки между частицами, чтобы подавить рост внутреннего сопротивления. Помимо проводимости, анод также должен смягчать объемное расширение материала, особенно для анодов на основе кремния-, где УНТ должны образовывать гибкую взаимосвязанную сеть, чтобы предотвратить разрыв проводящих путей. Ключевые параметры для различных сценариев следующие:
| Сценарий применения | Общая система растворителей | Добавление сухой основы CNT | Основная цель | Общие риски | Справочная база |
|---|---|---|---|---|---|
| NCM (тройной) катод | NMP Oil-на основе | 0.2%‑0.6% | Низкое количество побочных реакций, равномерная дисперсия, отсутствие влияния на уплотнение. | Агломерация, вызывающая черные пятна на электродах, высокий импеданс. | Руководство по применению проводящего агента для производства литиевых батарей |
| ЛФП Катод | NMP Oil-на основе | 0.3%‑0.8% | Улучшите контакт частиц, улучшите производительность | Большие колебания вязкости суспензии, нестабильная плотность покрытия. | ГБ/Т 33818‑2017 |
| Обычный графитовый анод | На водной-основе | 0.15%‑0.4% | Уменьшите внутреннее сопротивление анода, улучшите цикличность | Риск литиевого покрытия из-за плохой дисперсии | Статистические данные производственной линии |
| Кремниевый-углеродный композитный анод | Совместимость с водой/NMP | 0.4%‑1.0% | Гибкая проводящая сеть, выдерживает расширение объема | Быстрый циклический распад из-за недостаточного количества УНТ. | Экспериментальные данные по лабораториям и аккумуляторным батареям |
Shandong Tanfeng подразделяет продукты для разных сценариев. Серия FB предназначена для катодов на масляной-основе со строгим контролем примесей для уменьшения побочных реакций батареи. Серия FB на водной-основе подходит для графитовых и кремниевых-углеродных анодов, обеспечивает хорошую стабильность дисперсии и адаптируется к средам приготовления водной суспензии-, поэтому клиентам не нужно постоянно корректировать процессы диспергирования.
II. Как использовать проводящую суспензию УНТ в катодах литиевых батарей
При использовании катода проводящую суспензию УНТ предпочтительно добавлять методом предварительного-смешивания, а не в сухом виде-смешивать непосредственно с активными порошками. Основное внимание уделяется контролю крупности суспензии и содержания примесей в соответствии с условиями эксплуатации катода при высоком-напряжении.
В производстве катодов в основном используется система растворителей НМП. Стандартная процедура работы:
Полностью растворите связующее ПВДФ в NMP, чтобы приготовить раствор связующего.
Добавьте проводящую суспензию УНТ и перемешайте на низкой скорости, чтобы предварительно-перемешать, позволяя УНТ первоначально диспергироваться в растворе связующего.
Последовательно добавьте катодный активный материал и проводящий углеродную сажу, затем увеличьте скорость перемешивания для достижения высокой-скорости диспергирования.
Как только вязкость и крупность будут соответствовать стандартам, отфильтруйте суспензию и направьте ее на процесс нанесения покрытия.
Ключевые оперативные моменты:
Не выливайте проводящую суспензию УНТ непосредственно в сухие порошки с высоким содержанием -твердых веществ-, так как это может легко привести к образованию агломератов.
В системах NCM строго контролируйте примеси металлов во избежание саморазряда-батареи. Специальная катодная суспензия-Shandong Tanfeng строго контролирует примеси металлов, таких как железо и медь, и проходит много-этапную очистку и фильтрацию перед отправкой.
Для систем LFP использование УНТ в сочетании с техническим углеродом может сбалансировать производительность и стоимость, давая лучшие результаты, чем использование только технического углерода.
Отзывы заводов показывают, что некоторые компании добавляют суспензию УНТ слишком поздно или в высокоскоростные-смесительные резервуары с недостаточным временем перемешивания. Это приводит к неполному распутыванию УНТ, что приводит к локальному повышению импеданса на электродном листе и падению напряжения во время скоростных испытаний. Необходимо корректировать последовательность кормлений.
III. Как использовать проводящую суспензию УНТ в анодах литиевых батарей
Как графитовые, так и кремниевые-углеродные аноды могут использовать проводящую суспензию УНТ. Аноды на водной-основе являются наиболее распространенными. В последовательности подачи приоритет должен отдаваться предварительному-смешиванию с раствором связующего CMC. Для кремниевых-углеродных анодов добавление сухой-основы необходимо соответствующим образом увеличить, а также обратить внимание на реологию и эластичность суспензии.
Стандартный процесс-производства графитовых анодов на водной-основе:
Растворите КМЦ в чистой воде, чтобы приготовить связующий раствор.
Добавьте проводящую суспензию УНТ и перемешайте на низкой скорости до однородного состояния.
Добавьте графит/кремний-активный углерод и проводящую сажу, затем выполните высокоскоростное-диспергирование.
Наконец, добавьте связующее вещество SBR и перемешайте на низкой скорости, чтобы отрегулировать вязкость, завершая приготовление анодной суспензии.
Детали критического процесса:
Латекс SBR не следует смешивать с проводящей суспензией CNT на высокой скорости в течение длительного времени, так как это может вызвать деэмульгацию. Его следует добавлять в конце процесса на низкой скорости.
Добавка сухой-основы для обычных графитовых анодов не должна быть чрезмерно высокой. Передозировка может привести к уменьшению количества связующего, что приведет к высыпанию порошка электродного листа.
Кремниевые материалы в кремний-углеродных анодах демонстрируют большое расширение. Они полагаются на то, что CNT объединяются в гибкую сеть. Следовательно, количество добавки выше, чем для обычных графитовых анодов в аналогичных условиях.
Проводящая суспензия УНТ на водной-основе FB компании Shandong Tanfeng совместима с анодными системами на водной-основе и демонстрирует хорошую совместимость с CMC и SBR с минимальным риском флокуляции. Многие производители кремниевых-углеродных анодов напрямую используют эту марку, сокращая время разработки рецептуры.
IV. Распространенные ошибки при использовании проводящей суспензии УНТ для катодов и анодов
Неправильное смешивание марок, использование неправильной последовательности подачи и слепое увеличение количества добавки — три наиболее распространенные проблемы при нанесении суспензии УНТ на катоды и аноды. Это может напрямую привести к ненормальной работе жижи и аккумулятора.
| Проблемные явления | Первопричина | Контрмеры |
|---|---|---|
| Мелкие частицы/черные пятна в катодной суспензии | Использование суспензии анодного-класса для катодов; несовместимая диспергирующая система; недостаточное время перемешивания во время кормления | Перейдите на катодную-специфическую суспензию; оптимизировать процедуру предварительного-смешивания; увеличить фильтрационный скрининг |
| Флокуляция и агломерация в анодной суспензии-на водной основе | Прямое высокоскоростное-смешивание суспензии УНТ с бутадиен-стирольным каучуком | Сначала предварительно смешайте УНТ с раствором КМЦ; добавить SBR позже на низкой скорости |
| Быстрое циклическое затухание и потеря емкости анода. | Недостаточное добавление УНТ для кремниевого-углеродного анода; сломанная проводящая сеть | Увеличьте долю CNT в сухой-основе; выберите высокое-соотношение-отношения, анодную-специфическую суспензию |
| Высокий саморазряд-в листах катодных электродов | Избыточные металлические примеси в суспензии | Выбирайте продукцию от производителей со строгим контролем примесей; провести тщательный входной контроль материалов |
Многие заводы, стремясь к простоте, используют один тип суспензии УНТ как для катода, так и для анода. Однако разные системы имеют разные характеристики диспергаторов и примесей. Хотя изначально проблемы могут не проявляться, такие проблемы, как саморазряд и аномалии циклического цикла, проявляются во время массового производства. Shandong Tanfeng предоставляет рекомендации по выбору марок, основанные на химическом составе аккумуляторов клиента, чтобы избежать производственных потерь из-за несоответствия марок.
V. Рекомендации по входному контролю материалов и технологическим испытаниям
Крайне важно проводить проверку поступающих материалов перед производством. Не полагайтесь исключительно на надежные спецификации контента. Объедините испытания на тонкость, удельное сопротивление и совместимость в небольших-испытаниях, чтобы подтвердить пригодность для вашего конкретного смесительного оборудования, прежде чем переходить к производству.
Получив образец проводящей суспензии УНТ, сначала проверьте отчет о заводских испытаниях, обращая внимание на содержание твердых веществ, содержание УНТ, металлические примеси и крупность.
Проведите небольшие-испытания навозной жижи, имитируя процесс производственной линии. Наблюдайте за агломерацией или флокуляцией и проверяйте вязкость суспензии и удельное сопротивление электродного листа.
После завершения небольших-электрохимических испытаний постепенно переходите к пилотным испытаниям и, наконец, к массовому производству.
Соблюдайте требования производителя к хранению, обеспечив надлежащую герметизацию и контроль температуры, а также тщательно-перемешайте раствор перед использованием.
Shandong Tanfeng может предоставить пробные образцы кооперативным клиентам и предлагает техническую поддержку. Наша команда может дать рекомендации по последовательностям подачи, скорости перемешивания и продолжительности смешивания с учетом существующего оборудования клиента, что помогает сократить цикл отладки рецептуры.
Применение проводящей суспензии УНТ в катодах и анодах литиевых батарей нельзя обобщать. В катодах в основном используются системы на основе масла NMP-, требующие низкого содержания примесей и достаточно низких уровней добавок. В анодах преимущественно используются системы на водной-основе, при этом кремниевые-углеродные аноды придают большее значение гибкой проводящей сети, созданной из УНТ. Крайне важно избегать произвольного смешивания различных сортов системы и строго контролировать последовательность подачи и процесс перемешивания. Выбор подходящей проводящей суспензии УНТ и объединение ее с мелкомасштабной-проверкой — единственный способ полностью реализовать преимущества проводимости УНТ. Компания Shandong Tanfeng предлагает комплексную матрицу продуктов, состоящую из специальных проводящих суспензий УНТ как для катодов, так и для анодов, а также технологические решения, чтобы помочь производителям литиевых батарей добиться стабильного производства.