יישום של פחמן ננו-צינור NMP-שמן-מבוסס משחה ומים-משחה מוליכה מבוססת בסוללות ליתיום

משחה מוליך ננו-צינורית פחמן היא תוסף מוליך הכרחי להכנת אלקטרודות ליתיום. מסלול הממס עבור הדבק מחולק למערכת המסורתית מבוססת נפט- NMP- ולמערכת המבוססת על מים-. יותר ויותר יצרני סוללות מתחילים לחקור: האם ממס NMP יוחלף לחלוטין? מהי ההתקדמות בפועל של המערכת מבוססת המים- בתחום סוללת הליתיום? לאיזה מסלול תהליך כדאי להתאים משחה מוליך ננו-צינורית פחמן? עם יישום בקרת VOC גלובלית ותקנות סוללות של האיחוד האירופי, בחירת נתיב ממס הפכה לנושא ליבה בתכנון קו ייצור ואיטרציה של ניסוח. מאמר זה, בשילוב עם שיטות ייצור המוני, מנתח באופן אובייקטיבי את מגמת החלפת ה-NMP, את מצב התיעוש הנוכחי של התהליך המבוסס- במים, ומספק פתרונות התאמת משחות מוליכות ל-CNT.

1. לממס ל-NMP יש מגמת החלפת-לטווח ארוך, אך לא ניתן לבטלו לחלוטין בטווח הקצר

מוגבל על ידי תקנות סביבתיות ועלויות הבראה, NMP עומדת בפני מגמת החלפה מתמשכת; עם זאת, מוגבל על ידי היציבות של חומרי קתודיות NCM-ניקל גבוהות, תבנית של "נתיבים מבוססי נפט- ומבוססים על מים- המתקיימים במקביל לטווח ארוך-תיווצר בטווח הבינוני עד הארוך, במקום החלפה מלאה-פעם אחת.

NMP (N-methylpyrrolidon) הוא ממס ייעודי למערכת הקלסרים של PVDF והוא גם מדיום הפיזור עבור משחה מוליך CNT מסורתית על בסיס שמן-. תקנות REACH של האיחוד האירופי ומדיניות בקרת VOC מקומית מציינות את NMP כחומר מעורר דאגה גבוהה. נושאים כמו רעילות הרבייה שלו, השקעה גבוהה בציוד שחזור ותנודות במחירי חומרי הגלם מאלצים את התעשייה לחפש חלופות.

עם זאת, המציאות של התיעוש ברורה באותה מידה: חומרי NCM-ניקל גבוהים נוטים למיצוי ליתיום ולהתמוססות מתכת מעבר במגע עם מים, מה שגורם לאיתוד קולט זרם האלומיניום. משחות מבוססות-מים לאלקטרודות עבות-בדחיסה גבוהה נוטות יותר להיסדק של יריעות אלקטרודות. חברות סוללות מובילות רבות נוקטות באסטרטגיית מיתוג צעד צעד: קווי ייצור של אנודה ו-LFP נותנים עדיפות להמרה מבוססת מים-, בעוד שקווי ייצור כוח-ניקל גבוהים שומרים על התהליך המבוסס על נפט-NMP.

השוואה כמותית של מערכת מבוססת NMP-שמן-ומערכת מבוססת מים-

הַפנָיָה:מדע וטכנולוגיה לאחסון אנרגיהסקירת תעשייה ונתוני תהליכים זמינים לציבור ממפעלי סוללות-ראשונים. חברות רבות נכשלות בהמרה שלהן מכיוון שהן משתמשות ישירות במשחת CNT מוליך-על בסיס שמן במערכות מבוססות מים-, וכתוצאה מכך לצניפות, שיקוע וכישלון בבניית רשת מוליכה. שאנדונג טנפנג פיתחה באופן עצמאי משחות מוליכות CNT המתאימות לשתי המערכות: המשחה המבוססת על שמן- שולטת בקפדנות על מדדי לחות; המשחה המבוססת על מים- משתמשת בטכנולוגיית שינוי פני השטח CNT כדי לשפר את ההידרופוביות ולהפחית את הסיכון להצטברות.

2. סטטוס היישום בפועל של-מערכות מבוססות מים בסוללות ליתיום

התהליך המבוסס על מים- לאנודות של סוללות ליתיום זכה לפופולריות מלאה; קתודות LFP השיגו חדירת ייצור המוני-בקנה מידה קטן; התוואי המבוסס על מים- לקתודות NCM-ניקל גבוהות נמצא עדיין בשלב הפיילוט ואימות-אצווה קטן, עם מחזור פריצת דרך טכני שעדיין נדרש לפני תיעוש-בקנה מידה גדול.

2.1 אנודות מבוססות-מים (גרפיט/סיליקון-אנודות פחמן): יישום בוגר בקנה מידה גדול-

אנודות גרפיט אימצו כבר זמן רב את המערכת המבוססת על מים-CMC+SBR, ומשחה מוליך CNT מבוססת-מים נמצאת בשימוש נרחב מאוד. במערכות אנודיות גרפיט קונבנציונליות, התהליך המבוסס על מים- יציב מבחינה טכנית עם תפוקה ניתנת לשליטה. סוללות אחסון אנרגיה ביתיות ואנודות סוללות-לשני גלגלים מבוססות כמעט אך ורק על מים-.

התרחיש של אנודות מרוכבות סיליקון-מובחן בבירור: סיליקון-פחמן רגיל יכול לנסות את המערכת המבוססת על מים-; אנודות עם תכולת-סיליקון-גבוהה משתמשות לעתים קרובות יותר בתמיסה מבוססת NMP-שמן- כדי להקל על הידרוליזה של חלקיקי סיליקון וריקבון מחזור.

2.2 קתודות LFP מבוססות-מים: חדירת ייצור המוני יציב

ל-LFP יש יציבות כימית מעולה ועמידות יוצאת דופן להידרוליזה, מה שהופך אותו לנקודת הכניסה הטובה ביותר לתהליך הקתודה המבוסס על מים-. יצרני סוללות אחסון אנרגיה רבים מתכננים ישירות פתרונות קתודה מבוססי מים- עבור קווי ייצור חדשים, בשילוב עם משחת מוליך CNT ייעודית- מבוססת מים, ומפחיתים למעשה את ההשקעה בציוד NMP ואת עלויות התפעול והתחזוקה הסביבתיות. אילוצי הזרם מתרכזים בתהליך ייבוש יריעות אלקטרודה בציפוי עבה ובקרת גמישות יריעות אלקטרודות.

2.3 קתודות ניקל NCM גבוהות-על בסיס מים-: עדיין לא ייצור המוני

לחומרי NCM-ניקל גבוהים יש פעילות כימית גבוהה. במגע עם מים, מתרחשות תגובות לוואי, הגורמות לעלייה חדה בבסיסיות התרחיץ, קורוזיה של רדיד אלומיניום וירידה בחיי מחזור התא. נכון לעכשיו, התעשייה מפחיתה בעיקר פגמים באמצעות ציפוי חומר, תוספים של חוצץ pH וקשרים חדשים המבוססים על מים-, אך התפוקה הכוללת וחיי המחזור עדיין לא יכולים להתאים למסלול ה-NMP הבוגר. סוללות-מתקדמים לרכב נוסעים לא יעברו במהירות לקתודות מבוססות מים- לעת עתה.

נקודות כאב מרכזיות של תהליך מבוסס-מים

האופי ההידרופובי של CNT פירושו אבקה רגילה הנכנסת ישירות למים בקלות רבה מתאגרפת; יש להשתמש במשחת מוליך CNT מותאמת אישית-.

מתח פני המים הגבוה יותר של מים גורם ליריעות אלקטרודות עבות-המועדות לייבוש לא אחיד, להיסדק ולנשירת חומרים.

ריאולוגיה של תפוחים רגישה לטמפרטורה ול-pH, עם חלון בקרת ייצור צר.

שאנדונג טנפנג ביצעה אופטימיזציה של פורמולציות של משחת CNT מוליכות על בסיס מים- לתרחישי סוללת ליתיום מבוססת- מים, מספקת טווחי התאמת pH מומלצים, הפחתת בעיות ג'ל ושכבות של תבלין, ועוזרת לחברות סוללות לקצר את מחזור איתור השגיאות בתהליך.

3. כיצד להתאים משחה מוליך ננו-צינורית פחמן למסלול הממס? מדריך בחירה מעשי

לאחר קביעת תוואי הממס, מערכת הדבק המוליך CNT חייבת להתאים אותו בהתאם. ערבוב על בסיס שמן- ומשחות על בסיס מים- אסור באופן שרירותי; יש לתת עדיפות לאישור מערכת תאימות ההדבקה עם יצרן חומרי הגלם.

תרחיש 1: קו הייצור שומר על NMP-על בסיס נפט-תהליך (הספק טריני, סוללות ניקל גבוהות-, אנודות סיליקון גבוהות-)

מוּמלָץ:משחת מוליך CNT מבוססת NMP-שמן-.

יתרונות:CNTs מפוזרים במלואם, אחסון הדבק יציב, תואם לקסר PVDF, מתאים לכל סוגי החומרים הקתודיים, והרשת המוליכה פועלת בצורה יציבה. משחה מוליך CNT מבוססת שמן-של שאנדונג טנפנג שולטת בקפדנות על לחות פחות מ- או שווה ל-1500 עמודים לדקה כדי למנוע ג'ל PVDF, מה שהופך אותו מתאים לייצור המוני של סוללות 4680 גליליות גדולות ובקצב גבוה-.

תרחיש 2: קו ייצור מתכנן מסלול מבוסס מים (LFP לאחסון אנרגיה, אנודות גרפיט, ציפויים אנטי-סטטיים)

מוּמלָץ:משחה מוליך CNT על בסיס-מים.

יש לבחור בדרגה ייעודית של-ליתיום-לסוללת-; אבקת CNT לא צריכה להתפזר ישירות למים על ידי הלקוח. משחת CNT מוליכה על בסיס מים-של שאנדונג טנפנג משתמשת במערכת פיזור- שפותחה בעצמה, ומבטלת את הצורך של לקוחות לרכוש כמויות גדולות נוספות של חומר פיזור. הוא תואם למערכות קלסרים מבוססות מים CMC/SBR-, עונה על צרכי הפחתת העלויות והייצור הידידותי לסביבה של סוללות אחסון אנרגיה.

טעויות בחירה נפוצות

האמונה ש"משחה על בסיס מים- זולה יותר" והתאמה עיוורת של קווי ייצור, תוך התעלמות מעלויות איתור באגים בתהליך ומהפסדי תשואה.

הוספה ישירה של משחת מוליך CNT על בסיס-שמן למיכלי ערבוב על בסיס מים-, מה שגורם להצפיפות וגרוטאות של תמיסה.

שימוש באבקת CNT רגילה במערכות מבוססות-מים, וכתוצאה מכך לפיזור לא מספיק, כמות תוספת מוגברת ועמידות פנימית גבוהה יותר.

4. תחזית פיתוח תוואי תעשייה והמלצות ליישום המפעל

בטווח הקצר (3-5 שנים), מערכת ה-NMP מבוססת-הנפט והמערכת מבוססת המים-יתפתחו במקביל. אחסון אנרגיה וסוללות תחבורה-נמוכות מאיצים את ההמרה ל-מים; סוללות-מתקדמים לרכב נוסעים עדיין משתמשות בעיקר בתהליך המבוסס על שמן. לקווי ייצור חדשים מומלץ לשמור מקום להמרה של תאימות כפולה.

עבור חברות אנרגיה חדשות שמתכננות שדרוגי ניסוח או שדרוג קו ייצור, ניתן להתייחס לרעיונות היישום הבאים:

בידול מיצוב המוצר:עבור מוצרים המתמקדים באחסון אנרגיה ו-LFP, תעדיפו את המסלול המבוסס על-מים והתחברו לדגימות משחה מוליכות CNT מבוססות-מים; עבור-הספק גבוה-ניקל ואנודות-סיליקון גבוהות, המשך לייעל את המערכת מבוססת הנפט-NMP- בטווח הקצר.

בדיקת חומרים בו זמנית:בעת המרת מסלול הממס, הקלסר והמשחה המוליך CNT חייבים לעבור בדיקת גרדיאנט בו זמנית; אין לשנות חומר גלם בודד בלבד.

צור קשר עם יצרני ההדבקה של 正规 מראש:בקש דוגמאות קטנות של המערכת המתאימה כדי לאמת את יציבות ההדבקה, התנגדות האלקטרודה וביצועי מחזור התא.

Shandong Tanfeng New Material, כיצרנית משחה מוליך CNT מקצועית, מייצרת בו-זמנית-המונית-שמן-על בסיס NMP-משחה מוליך CNT מבוססת-משחה מוליך CNT על בסיס מים, המכסה את קטגוריות MWCNT ו-FWCNT. בהתבסס על מערכת הסוללות של הלקוח ותוואי הממס הקיים של קו הייצור, הם יכולים לספק הנחיות לדוגמאות של בדיקות ותהליך פיזור, ולהציע פתרון אחד-לבחירת משחות מוליכות CNT, תאימות להדבקה ובעיות צבירה של פיזור.