In het slurrymengproces van lithiumbatterijen is CNT-geleidende slurry een mainstream geleidend additief geworden. De applicatieprocessen, toevoegingsverhoudingen en dispersievereisten voor CNT-slurry verschillen sterk tussen kathode- en anodesystemen. Veel verwerkingsfabrieken voor lithiumbatterijen passen eenvoudigweg dezelfde voedingsparameters toe voor beide, wat kan leiden tot problemen zoals een hoge interne weerstand van de elektrodeplaat, abnormale slurriereologie en een ondermaatse levensduur van de cyclus. Het verduidelijken van de verschillende toepassingslogica's voor kathodes en anodes, en deze afstemmen op de juiste slurrykwaliteiten, is de sleutel tot het volledig benutten van de lange- geleidende netwerkvoordelen van CNT's. Shandong Tanfeng richt zich op de R&D en productie van CNT-geleidende slurries voor lithiumbatterijen en ontwikkelt op maat gemaakte producten voor kathodes en anodes om batterijfabrikanten te helpen hun slurryproductieprocessen- te vereenvoudigen en de elektrochemische prestaties van elektroden te stabiliseren.
I. Kerntoepassingsverschillen tussen kathoden en anodes
CNT-geleidende slurry voor kathodes richt zich op het bouwen van geleidende paden bij lage toevoegingsniveaus, geschikt voor op NMP-olie-gebaseerde systemen. Anodetoepassingen zijn onderverdeeld in grafietanodes en op silicium-gebaseerde anodes, die compatibel zijn met zowel op olie-gebaseerde als op water-gebaseerde processen. Anodes op basis van silicium- stellen hogere eisen aan de CNT-beeldverhouding en taaiheid van de slurry. Dezelfde kwaliteit slurry mag niet voor beide door elkaar worden gebruikt.
Kathode-actieve materialen hebben een hoge verdichtingsdichtheid. Het geleidende middel vult voornamelijk de gaten tussen de deeltjes om de interne weerstandsstijging te onderdrukken. Naast geleidbaarheid moet de anode ook de expansie van het materiaalvolume bufferen, vooral voor anodes op basis van silicium-, waar CNT's een flexibel onderling verbonden netwerk moeten vormen om te voorkomen dat de geleidende paden breken. De belangrijkste parameters voor verschillende scenario's zijn als volgt:
| Toepassingsscenario | Gemeenschappelijk oplosmiddelsysteem | CNT Droge Basis Toevoeging | Kerndoelstelling | Veelvoorkomende risico's | Referentiebasis |
|---|---|---|---|---|---|
| NCM (Ternaire) kathode | NMP-olie-gebaseerd | 0.2%‑0.6% | Lage nevenreacties, uniforme verspreiding, geen invloed op de verdichting | Agglomeratie veroorzaakt zwarte vlekken op de elektroden, hoge impedantie | Toepassingshandleiding voor geleidende middelen voor de industrie van lithiumbatterijen |
| LFP-kathode | NMP-olie-gebaseerd | 0.3%‑0.8% | Verbeter het deeltjescontact, verbeter de snelheidsprestaties | Grote viscositeitsschommelingen in de slurry, onstabiele oppervlaktedichtheid van de coating | GB/T 33818-2017 |
| Conventionele grafietanode | Op water-basis | 0.15%‑0.4% | Verminder de interne weerstand van de anode, verbeter het fietsen | Risico op lithiumplating als gevolg van slechte dispersie | Statistische gegevens van de productielijn |
| Silicium-koolstofcomposietanode | Water/NMP-compatibel | 0.4%‑1.0% | Flexibel geleidend netwerk, bestand tegen volume-uitbreiding | Snel cyclisch verval als gevolg van onvoldoende CNT's | Proefgegevens van laboratorium- en energiebatterijen |
Shandong Tanfeng verdeelt producten voor verschillende scenario's. De FB-serie is ontworpen voor op olie-gebaseerde kathodes, met strikte onzuiverheidscontrole om nevenreacties aan de batterij te verminderen. De FB-serie op water-basis is geschikt voor grafiet- en silicium-koolstofanoden, biedt een goede dispersiestabiliteit en is geschikt voor omgevingen waar waterige slurry- wordt gemaakt, zodat klanten de dispersieprocessen niet herhaaldelijk hoeven aan te passen.
II. Hoe CNT-geleidende slurry te gebruiken in lithiumbatterijkatheden
Voor kathodegebruik moet CNT-geleidende slurry bij voorkeur worden toegevoegd via een pre{0}}mengmethode, en niet droog-direct gemengd met actieve poeders. De focus ligt op het beheersen van de fijnheid en het onzuiverheidsgehalte van de slurry, zodat deze voldoet aan de bedrijfsomstandigheden van hoge- kathodespanningen.
Bij de kathodeproductie wordt meestal gebruik gemaakt van het NMP-oplosmiddelsysteem. De standaard werkwijze is:
Los het bindmiddel PVDF volledig op in NMP om een bindmiddeloplossing te bereiden.
Voeg de geleidende CNT-slurry toe en roer op lage snelheid tot een voormengsel-, zodat de CNT's zich aanvankelijk in de bindmiddeloplossing kunnen dispergeren.
Voeg achtereenvolgens het actieve kathodemateriaal en het geleidende carbonzwart toe en verhoog vervolgens de roersnelheid voor snelle dispersie.
Zodra de viscositeit en fijnheid aan de normen voldoen, filtert u de slurry en brengt u deze over naar het coatingproces.
Belangrijkste operationele punten:
Giet CNT-geleidende slurry niet rechtstreeks in droge poeders met een hoog-vaste-gehalte, omdat dit gemakkelijk agglomeraten kan veroorzaken.
Bij NCM-systemen moet u de metaalonzuiverheden strikt controleren om zelfontlading van de batterij- te voorkomen. De kathode-specifieke slurry van Shandong Tanfeng controleert strikt metaalonzuiverheden zoals ijzer en koper, en ondergaat meer-stapszuivering en filtratie voordat deze wordt verzonden.
Voor LFP-systemen kan het gebruik van CNT's in combinatie met carbon black de prestatie en kosten in evenwicht brengen, wat betere resultaten oplevert dan het gebruik van carbon black alleen.
Uit fabrieksfeedback blijkt dat sommige bedrijven de CNT-slurry te laat in het proces toevoegen of in hoge-mengtanks met onvoldoende mengtijd. Dit leidt tot onvolledige CNT-ontwarring, wat resulteert in lokaal hoge impedantie op de elektrodeplaat en spanningsdalingen tijdens snelheidstests. Het aanpassen van de voervolgorde is noodzakelijk.
III. Hoe CNT-geleidende slurry te gebruiken in lithiumbatterijanodes
Zowel grafiet- als silicium-koolstofanodes kunnen CNT-geleidende slurry gebruiken. Anodes op water-basis zijn de mainstream. Bij de voedingsvolgorde moet voorrang worden gegeven aan het voor-mengen met CMC-bindmiddeloplossing. Voor silicium-koolstofanodes moet de toevoeging op droge- basis op passende wijze worden verhoogd en moet aandacht worden besteed aan de reologie en elasticiteit van de slurry.
Standaard drijfmest-Maakproces voor water-Grafietsanoden op basis van water:
Los CMC op in zuiver water om een bindmiddeloplossing te bereiden.
Voeg de geleidende CNT-slurry toe en meng op lage snelheid tot een uniform mengsel.
Voeg het actieve grafiet/silicium-koolstofmateriaal en het geleidende roet toe en voer vervolgens een snelle- verspreiding uit.
Voeg ten slotte het SBR-bindmiddel toe en meng op lage snelheid om de viscositeit aan te passen, waarmee de bereiding van de anodeslurry is voltooid.
Kritieke procesdetails:
SBR-latex mag niet langdurig op hoge snelheid met CNT-geleidende slurry worden gemengd, omdat dit demulgering kan veroorzaken. Het moet aan het einde van het proces op lage snelheid worden toegevoegd.
De droge-basistoevoeging voor conventionele grafietanodes hoeft niet buitensporig hoog te zijn. Overdosering kan de verhouding van het bindmiddel onder druk zetten, wat kan leiden tot het afgeven van poeder op de elektrodeplaten.
Siliciummaterialen in silicium-koolstofanodes vertonen een grote uitzetting. Ze vertrouwen op CNT's die onderling verbonden zijn om een flexibel netwerk te vormen. Daarom is de toegevoegde hoeveelheid hoger dan voor conventionele grafietanodes onder vergelijkbare omstandigheden.
Shandong Tanfeng's FB water-gebaseerde CNT-geleidende slurry is compatibel met water- anodesystemen en vertoont een goede compatibiliteit met CMC en SBR, met minimaal risico op uitvlokking. Veel fabrikanten van silicium-koolstofanodes passen deze kwaliteit rechtstreeks toe, waardoor de ontwikkelingstijd voor hun formuleringen wordt verkort.
IV. Veelvoorkomende valkuilen bij het gebruik van CNT-geleidende slurry voor kathoden en anodes
Het verkeerd mengen van kwaliteiten, het gebruik van de verkeerde voedingsvolgorde en het blindelings verhogen van de toegevoegde hoeveelheid zijn de drie meest voorkomende problemen bij het aanbrengen van CNT-slurry op kathodes en anoden. Deze kunnen rechtstreeks abnormale prestaties van de mest en de batterij veroorzaken.
| Probleem Verschijnselen | Oorzaak | Tegenmaatregelen |
|---|---|---|
| Fijne deeltjes/zwarte vlekken in kathodeslurry | Gebruik van slurry van anode-kwaliteit voor kathodes; incompatibel dispergeersysteem; onvoldoende mengtijd tijdens het voeren | Schakel over naar kathode-specifieke slurry; optimaliseer de voormengprocedure-; verhoog de filtratiescreening |
| Uitvlokking en agglomeratie in anodeslurry op water-basis | Directe menging op hoge-snelheid van CNT-slurry met SBR | Meng CNT's eerst met CMC-oplossing; voeg SBR later toe op lage snelheid |
| Snel cyclisch verval en capaciteitsverlies in de anode | Onvoldoende CNT-toevoeging voor silicium-koolstofanode; gebroken geleidend netwerk | Verhoog de CNT droge-basisratio; selecteer een hoge-aspect-verhouding, anode-specifieke slurry |
| Hoge zelfontlading-in kathode-elektrodeplaten | Overmatige metaalverontreinigingen in de slurry | Kies producten van fabrikanten met strikte onzuiverheidscontrole; voer een grondige inspectie van binnenkomend materiaal uit |
Veel fabrieken, op zoek naar eenvoud, gebruiken één type CNT-slurry voor zowel kathode als anode. Verschillende systemen hebben echter verschillende dispergeermiddelen en onzuiverheidsspecificaties. Hoewel problemen in eerste instantie misschien niet optreden, komen problemen zoals zelf-ontlading en cyclusafwijkingen naar voren tijdens massaproductie. Shandong Tanfeng geeft aanbevelingen voor de keuze van de kwaliteit op basis van de batterijchemie van de klant om productieverliezen als gevolg van niet-overeenkomende kwaliteiten te voorkomen.
V. Aanbevelingen voor inkomende materiaalinspectie en procesproeven
Het is van cruciaal belang om vóór de productie de binnenkomende materialen te verifiëren. Vertrouw niet uitsluitend op solide inhoudsspecificaties. Combineer fijnheids-, weerstands- en compatibiliteitstests in kleinschalige- tests om de geschiktheid voor uw specifieke mengapparatuur te bevestigen voordat u opschaalt naar productie.
Controleer bij ontvangst van het CNT-geleidende slurrymonster eerst het fabriekstestrapport, waarbij u let op het vaste stofgehalte, het CNT-gehalte, metaalonzuiverheden en fijnheid.
Voer kleinschalige-slurryproeven uit waarbij het productieproces op de productielijn wordt nagebootst. Observeer op agglomeratie of uitvlokking en test de viscositeit van de slurry en de weerstand van de elektrodeplaat.
Zodra elektrochemische tests op kleine- schaal zijn geslaagd, kunt u geleidelijk opschalen naar pilotproeven en uiteindelijk naar massaproductie.
Volg de opslagvereisten van de fabrikant, zorg voor een goede afdichting en temperatuurcontrole, en roer de slurry grondig opnieuw- vóór gebruik.
Shandong Tanfeng kan proefmonsters leveren aan coöperatieve klanten en biedt technische ondersteuning. Ons team kan u adviseren over voedingssequenties, roersnelheden en mengduur, afgestemd op de bestaande apparatuur van de klant, waardoor de foutopsporingscyclus van de formulering kan worden verkort.
De toepassing van CNT-geleidende slurry in kathoden en anodes van lithiumbatterijen kan niet worden gegeneraliseerd. Kathodes maken voornamelijk gebruik van op NMP-olie-gebaseerde systemen, waarbij wordt gestreefd naar lage onzuiverheden en redelijk lage toevoegingsniveaus. Anodes maken voornamelijk gebruik van op water-gebaseerde systemen, waarbij silicium-koolstofanodes een groter belang hechten aan het flexibele geleidende netwerk dat door CNT's is gebouwd. Het is van cruciaal belang om te voorkomen dat verschillende systeemkwaliteiten willekeurig worden gemengd en om de voedingsvolgorde en het roerproces strikt te controleren. Het selecteren van de juiste CNT-geleidende slurry en het combineren ervan met kleinschalige validatie- is de enige manier om de voordelen van CNT-geleiding volledig te realiseren. Shandong Tanfeng biedt een uitgebreide productmatrix van speciale CNT-geleidende slurries voor zowel kathodes als anoden, samen met procesoplossingen, om fabrikanten van lithiumbatterijen te helpen een stabiele productie te bereiken.