Проводимата паста от въглеродни нанотръби е незаменима проводима добавка за подготовка на електрод на литиева батерия. Пътят на разтворителя за пастата е разделен на традиционната NMP-базирана на масло-система и нововъзникващата система на-базирана на вода. Все повече и повече производители на батерии започват да проучват: ще бъде ли напълно заменен разтворителят NMP? Какъв е действителният напредък на водната-система в областта на литиевите батерии? На кой път на процеса трябва да съответства проводящата паста от въглеродни нанотръби? С прилагането на глобалния контрол на летливите органични съединения и разпоредбите на ЕС за батерии, изборът на път на разтворител се превърна в основен проблем при планирането на производствената линия и итерацията на формулите. Тази статия, съчетана с практиката на масово производство, обективно анализира тенденцията за замяна на NMP, текущото състояние на индустриализация на процеса, базиран на вода-, и предоставя решения за адаптиране на CNT проводима паста.
1. NMP Solvent има дългосрочна-тенденция на заместване, но не може да бъде напълно елиминиран в краткосрочен план
Ограничен от екологичните разпоредби и разходите за възстановяване, NMP е изправен пред непрекъсната тенденция за подмяна; въпреки това, ограничен от стабилността на високо-никелови NCM катодни материали, модел на „базирани на масло-и-базирани на вода-маршрути, съществуващи едновременно в-срочен план“ ще се формира в средносрочен до дългосрочен план, а не еднократна-пълна подмяна.
NMP (N-methylpyrrolidone) е специален разтворител за PVDF свързващата система и също така е дисперсионната среда за традиционната CNT проводима паста на базата на масло-. Регламентите на ЕС REACH и националните политики за контрол на VOC изброяват NMP като вещество, пораждащо голямо безпокойство. Проблеми като неговата репродуктивна токсичност, големите инвестиции в оборудване за възстановяване и колебанията в цените на суровините принуждават индустрията да търси алтернативи.
Реалността на индустриализацията обаче е също толкова ясна: високо{0}}никеловите NCM материали са склонни към извличане на литий и разтваряне на преходен метал при контакт с вода, корозирайки алуминиевия колектор на ток. Пастите на водна- основа за електроди с висока -уплътненост са по-склонни към напукване на листовете на електродите. Много водещи компании за батерии приемат поетапна стратегия за превключване: анодните и LFP производствените линии дават приоритет на конверсията на-базирана на вода, докато производствените линии с високо-никелово захранване запазват базирания на NMP-масло-процес.
Количествено сравнение на NMP{0}}маслена-базирана система и водна-система
| Сравнително измерение | NMP-маслена-базирана система (масло-CNT проводяща паста) | Система на-водна основа (CNT проводяща паста на-водна основа) | Индустриално въздействие |
|---|---|---|---|
| Основен разтворител | NMP органичен разтворител | Дейонизирана вода | Базирани-на вода значително намалява разходите за доставка на разтворители |
| Съответстващо свързващо вещество | PVDF | CMC/SBR, полиакрилна киселина-на водна основа | Свързващите системи не могат да се смесват произволно |
| Екологичен натиск | Висок, изисква голямо оборудване за възстановяване | Ниски, емисиите на VOC значително намалени | Заводите за батерии, които изнасят в чужбина, предпочитат водния{0}}маршрут |
| Стабилност на пастата | Дълъг период на съхранение, CNT не са склонни към агломерация | Чувствителен към рН, изисква специален CNT диспергатор | Де{0}}отстраняването на грешки във формула на паста на водна основа има по-висок праг |
| Подходящи катодни материали | LFP, пълна гама от NCM/NCA | Зрял за LFP; високо-никеловият NCM все още се проверява непрекъснато | NCM все още до голяма степен използва система, базирана на NMP- |
| Консумация на енергия при сушене на покритието | Висок, изисква система за възстановяване на разтворителя | Сравнително ниска, спестява инвестиции за възстановяване на NMP | Новите производствени линии за съхранение на енергия имат предимство по отношение на разходите с решения,-базирани на вода |
| CNT дисперсия Трудност | Умерени, CNT имат отлична съвместимост | Сравнително високи, CNT са хидрофобни и склонни към агломерация | Изисква-предварително-обработена от производителя специална-водна CNT проводима паста |
Справка:Наука и технологии за съхранение на енергияпреглед на индустрията и публично достъпни данни за процесите от-фабрики за батерии от първо ниво. Много компании се провалят в преобразуването си, защото директно използват CNT проводяща паста на базата на масло-в-системи, базирани на вода, което води до флокулация, утаяване и невъзможност за изграждане на проводяща мрежа. Shandong Tanfeng независимо разработи CNT проводими пасти, подходящи и за двете системи: маслената -паста контролира стриктно индикаторите за влага; пастата на водна - основа използва CNT технология за модифициране на повърхността за подобряване на хидрофобността и намаляване на риска от агломерация.
2. Действителният статус на приложение на водни-системи в литиеви батерии
Базираният на вода процес за аноди на литиеви батерии е напълно популяризиран; LFP катодите са постигнали навлизане в масовото-производство в малък мащаб; базираният на вода-маршрут за високо-никелови NCM катоди все още е в пилотен етап и етап на проверка на малки-партиди, като все още е необходим цикъл на технически пробив преди широкомащабната-индустриализация.
2.1 Аноди на-водна основа (графитни/силициеви-въглеродни аноди): Зряло широкомащабно-приложение
Графитните аноди отдавна са широко разпространени на водна-базирана система CMC+SBR, а водна-CNT проводима паста се използва много широко. В конвенционалните графитни анодни системи процесът, базиран на-вода, е технически стабилен с контролируем добив. Домашните батерии за съхранение на енергия и анодите на а-батериите за двуколесни превозни средства са почти изцяло базирани-на вода.
Сценарият за силициево-въглеродни композитни аноди е ясно разграничен: обикновеният силициев-въглерод може да опита система-базирана на вода; Анодите с високо-съдържание на-силиций по-често използват разтвор на основата на-масло-NMP, за да облекчат хидролизата на силициевите частици и разпада на цикъла.
2.2 Водни -LFP катоди: Стабилно навлизане в масовото производство
LFP има отлична химическа стабилност и изключителна устойчивост на хидролиза, което го прави най-добрата входна точка за водно{0}}катоден процес. Много производители на батерии за съхранение на енергия директно планират катодни решения на водна- основа за нови производствени линии, съчетани със специална CNT проводяща паста на водна- основа, като ефективно намаляват инвестициите в NMP оборудване и екологичните разходи за експлоатация и поддръжка. Настоящите ограничения са съсредоточени върху процеса на сушене на електроден лист с дебело покритие и контрол на гъвкавостта на електродния лист.
2.3 Водни -високо{2}}никелови NCM катоди: все още не се произвеждат масово
Високо{0}}никеловите NCM материали имат висока химическа активност. При контакт с вода възникват странични реакции, причиняващи рязко повишаване на алкалността на суспензията, корозия на алуминиевото фолио и намаляване на живота на клетъчния цикъл. Понастоящем индустрията основно смекчава дефектите чрез покритие на материала, буферни добавки за рН и нови свързващи вещества на водна -основа, но общият добив и животът на цикъла все още не могат да съответстват на зрелия път на NMP. Батериите от висок{5}}клас за захранване на пътнически превозни средства засега няма бързо да преминат към водни-катоди.
Основни болни точки на водния-процес
Хидрофобната природа на CNT означава, че обикновеният прах, влизащ директно във водата, много лесно се агломерира; трябва да се използва персонализирана CNT проводима паста на-водна основа.
По-високото повърхностно напрежение на водата прави листовете електроди с дебело{0}} покритие податливи на неравномерно изсъхване, напукване и отделяне на материала.
Реологията на суспензията е чувствителна към температура и pH, с тесен прозорец за контрол на производството.
Shandong Tanfeng оптимизира водно{0}}CNT проводящи пасти за сценарии на водно-литиеви батерии, предоставяйки препоръчителни диапазони за адаптиране на рН, намалявайки проблемите с желирането на суспензията и наслояването и помагайки на компаниите за батерии да съкратят цикъла на отстраняване на грешки в процеса.
3. Как да съпоставим проводящата паста от въглеродни нанотръби с пътя на разтворителя? Практическо ръководство за избор
След като се определи пътят на разтворителя, системата CNT проводяща паста трябва да съответства на него съответно. Произволното смесване на маслени-и водни-пасти е забранено; трябва да се даде приоритет на потвърждаването на системата за съвместимост на пастата с производителя на суровината.
Сценарий 1: Производствената линия запазва процес, базиран на NMP-масло- (тройна мощност, високо-никелови батерии, високо-силициеви аноди)
Препоръчва се:CNT проводяща паста-базирана на масло-NMP.
Предимства:CNTs са напълно диспергирани, съхранението на паста е стабилно, съвместимо с PVDF свързващо вещество, подходящо за всички видове катодни материали и проводящата мрежа работи стабилно. Маслено-CNT проводящата паста на Shandong Tanfeng контролира стриктно влагата По-малка или равна на 1500 ppm, за да се избегне PVDF желиране, което я прави подходяща за масово производство на 4680 големи цилиндрични и високоскоростни батерии.
Сценарий 2: Производствена линия планове за воден-маршрут (LFP за съхранение на енергия, графитни аноди, анти-статични покрития)
Препоръчва се:CNT проводяща паста-на водна основа.
Трябва да изберете повърхностно-модифицирана литиева-батерия-специален клас; CNT прахът не трябва да се диспергира директно във вода от клиента. Проводимата CNT паста на водна основа-на Shandong Tanfeng използва самостоятелно-разработена дисперсионна система, елиминирайки необходимостта клиентите да купуват допълнителни големи количества диспергиращо средство. Съвместим е със свързващи системи на основата на вода-CMC/SBR, отговаряйки на нуждите за намаляване на разходите и екологично чисти производствени нужди на батерии за съхранение на енергия.
Често срещани грешки при избора
Вярвайки, че „пастата на-водна основа е по-евтина“ и сляпо преоборудване на производствени линии, пренебрегвайки разходите за отстраняване на грешки в процеса и загубите на добив.
Директно добавяне на CNT проводяща паста на-маслена основа към-базирани за смесване резервоари, причинявайки флокулация на суспензията и бракуване.
Използване на обикновен CNT прах в-системи на водна основа, което води до недостатъчна дисперсия, увеличено количество на добавяне и по-високо вътрешно съпротивление.
4. Прогноза за развитие на индустриалния маршрут и препоръки за фабрично внедряване
В краткосрочен план (3-5 години) базираната на нефт-система NMP и системата-базирана на вода ще се развиват успоредно. Батериите за съхранение на енергия и ниско{5}}скоростните транспортни батерии ускоряват преминаването към-базирани на вода; батериите за висок-захранване на пътнически превозни средства все още използват главно базиран на масло-процес. Препоръчва се новите производствени линии да запазят място за преобразуване на двулинейна съвместимост.
За нови енергийни компании, които планират надстройки на формулировката или надстройки на производствената линия, могат да се посочат следните идеи за внедряване:
Разграничаване на продуктовото позициониране:За продукти, насочени към съхранение на енергия и LFP, дайте приоритет на водния-маршрут и се свържете с водни-базирани CNT проводими проби от паста; за висок-енергия с висока{3}}никелова мощност и високи-силициеви аноди, продължете да оптимизирате базираната на NMP-масло-система в краткосрочен план.
Едновременно тестване на материала:При преобразуване на пътя на разтворителя, свързващото вещество и CNT проводимата паста трябва да бъдат подложени на градиентно тестване едновременно; една единствена суровина не трябва да се променя сама.
Свържете се предварително с производителите на паста 正规:Поискайте малки проби от съответната система, за да проверите стабилността на пастата, съпротивлението на електрода и ефективността на клетъчния цикъл.
Shandong Tanfeng New Material, като професионален производител на CNT проводима паста, едновременно произвежда масово-базирани на NMP-маслена-базирана CNT проводима паста и-базирана на вода CNT проводима паста, покриващи категориите MWCNT и FWCNT. Въз основа на акумулаторната система на клиента и съществуващия маршрут на разтворителя на производствената линия, те могат да осигурят тестване на проби и насоки за процеса на дисперсия, предлагайки-решение на едно гише за избор на CNT проводима паста, съвместимост на пастата и проблеми с агломерацията на дисперсията.