V procese prípravy vodivej pasty z uhlíkových nanorúrok sa mnohí pracovníci výskumu a vývoja stretávajú s problémami, ako je abnormálna viskozita suspenzie, nerovnomerná disperzia a veľké kolísanie vnútorného odporu elektródového listu. Okrem disperzného procesu a faktorov systému rozpúšťadiel, základná príčina väčšinou pochádza z rozdielov vo fyzikálnych vlastnostiach samotných uhlíkových nanorúriek. Priemer, dĺžka a špecifický povrch uhlíkových nanorúrok sú tri kľúčové ukazovatele pre výber produktu. Zmeny v každom parametri budú mať reťazovú reakciu na stabilitu disperzie, vodivú účinnosť a adaptabilitu spracovania CNT vodivej pasty. Nižšie analyzujeme špecifický vplyv každého parametra na základe skutočných podmienok hromadnej výroby.
1. Priemer uhlíkovej nanotrubice určuje obtiažnosť disperzie kalu a vodivý kontaktný odpor
Čím menší je priemer uhlíkových nanorúrok, tým lepšia je vnútorná vodivosť, ale tým vyššia je povrchová aktivita, čím sa zvyšuje pravdepodobnosť aglomerácie, čím sa zvyšuje obtiažnosť disperzie a viskozita systému. Skúmavky s väčším priemerom sa ľahšie dispergujú, vďaka čomu sú vhodné pre formulácie, kde je prioritou spracovateľnosť.
Tenšie CNT majú menej stien trubice, nižší odpor elektrónovej vodivosti a výraznejší vodivý účinok pri rovnakom množstve prídavku. Van der Waalsove sily medzi tenšími rúrkami sú však silnejšie. Ak proces mletia a dispergovania nie je riadne kontrolovaný, môžu sa ľahko znova zamotať, čo spôsobí častice a sedimentáciu v kalu. Hrubšie CNT majú menšiu tendenciu sa vzájomne zaplietať, čím ponúkajú vyššiu toleranciu disperzie v NMP a systémoch na báze vody-, s lepšou tekutosťou kaše, vhodné pre-výrobu náterov vo veľkom meradle.
| Rozsah priemeru CNT | Charakteristika kalového jadra | Použiteľné scenáre |
|---|---|---|
| 5 – 10 nm (tenký priemer) | Výborná vodivosť, náchylnosť k aglomerácii, vyššia viskozita suspenzie | Katódy lítiových batérií s vysokou{0}}energiou-, ultra-tenké vodivé filmy |
| 10–20 nm (konvenčný priemer) | Dobrá rovnováha vodivosti a disperzie, regulovateľná viskozita | Napájacie lítiové batérie, vodivé lepidlá |
| Nad 20 nm (hrubý priemer) | Ľahká disperzia, dobrá tekutosť kaše, nižšia vodivosť | Vodivé plasty, anti{0}}statické povlaky |
2. Dĺžka uhlíkových nanorúrok ovplyvňuje konštrukciu vodivej siete kalu a reologické vlastnosti
Dlhšie uhlíkové nanorúrky ľahšie vytvárajú súvisle sa prekrývajúce vodivé siete, čím sa znižuje celkový odpor kalu, ale výrazne zvyšujú viskozitu kalu. Kratšie CNT ponúkajú lepšiu tekutosť, sú vhodné pre procesy tenkého povlaku, ale ich vodivosť na veľké{1}}rozsahy je slabšia.
Dlhé CNT sa spoliehajú na svoju-jednorozmernú dlhú štruktúru pri vytváraní dlhých-vodivých dráh medzi časticami. Malé pridané množstvo môže dosiahnuť nízky vnútorný odpor, čím sa šetria náklady na formuláciu. Príliš dlhé rúrky sa však prepletajú, aby vytvorili sieťovú štruktúru, uzamkli sa v rozpúšťadle a spôsobili výrazné zvýšenie viskozity suspenzie, čo môže viesť k problémom so spracovaním, ako je ťahanie a zlé vyrovnanie povlaku. Krátke CNT sa do seba ľahko nezapletú, čo vedie k stabilnej reológii kalu. Často sa používajú v kombinácii s dlhými rúrkami a sadzami v hybridných vodivých systémoch na vyplnenie medzier vo vodivej sieti.
Shandong Tanfeng dokáže prispôsobiť suroviny CNT s rôznymi špecifikáciami dĺžky a zároveň pripraviť hotovú vodivú pastu CNT na optimalizáciu reológie kalu a zároveň zabezpečiť vodivosť, prispôsobiť sa vysokorýchlostným linkám na výrobu povlakov a vyriešiť problém s-nedostatočnou{2}}kontrolou viskozity počas ladenia zloženia.
3. Špecifická povrchová plocha uhlíkových nanotrubíc ovplyvňuje absorpciu kalového oleja, dávkovanie disperzantu a medzifázovú väzbu
Čím vyšší je špecifický povrch uhlíkových nanorúrok, tým silnejšia je ich schopnosť absorbovať rozpúšťadlo a spojivo, čo si vyžaduje vyššie množstvá dispergačného činidla a spojiva na prípravu kaše. Ak je pomer nevyvážený, môže ľahko spôsobiť flokuláciu kalu.
CNT s vysokou{0}}špecifickou-povrchovou-plochou majú viac aktívnych miest a viac kontaktných bodov s katódovými a anódovými aktívnymi materiálmi, čím sa účinne znižuje odpor medzi kontaktmi a zlepšuje sa životnosť batérie. Avšak silná adsorpčná kapacita rúrok s veľkou-povrchovou{5}}plochou spotrebuje veľké množstvo PVDF, CMC a iných spojív v systéme. Akonáhle je spojivo nedostatočné, stabilita kalu klesá, čo vedie k vrstveniu a sedimentácii. CNT s nízkou-špecifickou-povrchovou{10}}plochou majú nižšiu adsorpciu, vyššiu toleranciu zloženia, spotrebujú menej spojiva a ľahšie sa spracúvajú.
| Špecifický rozsah plochy povrchu | Kalový výkon | Bezpečnostné opatrenia pri formulácii |
|---|---|---|
| >250 m²/g | Dostatočný vodivý kontakt, vysoká spotreba spojiva, náchylný na flokuláciu | Zvýšte pomer dispergačného činidla a spojiva; kontrolovať obsah pevných látok |
| 150–250 m²/g | Vyvážený celkový výkon, vhodný pre bežné lítiové batérie | Konvenčná výroba pevného obsahu; dostatočná flexibilita prispôsobenia procesu |
| <150 m²/g | Nízka adsorpcia, dobrá stabilita suspenzie, menej medzifázových kontaktných bodov | Vhodné pre nízkoviskózne hrubé nátery; možno kombinovať so sadzami v hybridnom systéme |
4. Synergické párovanie troch parametrov: Praktické návrhy na výber zloženia kaše
Priemer, dĺžka a špecifický povrch uhlíkových nanorúriek sa navzájom obmedzujú. Nie je možné dosiahnuť maximum v jedinom parametri; musia byť synergicky zladené na základe systému rozpúšťadiel, obsahu pevných látok a procesu poťahovania.
Výber iba tenkých, dlhých, vysoko{0}}špecifických{1}}povrchových-ploch CNT môže ľahko viesť k príliš hustému kalu a poruche rozptylu. Výber iba hrubých, krátkych trubíc s nízkou-povrchovou{5}}plochou má za následok vysoké dávkovanie vodivého aditíva, zaberá podiel aktívneho materiálu a znižuje energetickú hustotu produktu.
Pre bežné katódové kaly napájacích batérií uprednostňujte CNT so stredným priemerom, strednou dĺžkou a vyváženou špecifickou plochou. Pre vysoko-rýchle-nabíjacie systémy možno použiť tenké-priemery dlhé CNT. Pre anódové kaly na báze vody sa viac odporúčajú modifikované CNT s miernym špecifickým povrchom, aby sa znížilo riziko aglomerácie.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd.
Priemer uhlíkových nanorúrok riadi vodivosť kalu a obtiažnosť disperzie. Dĺžka určuje kontinuitu vodivej siete a viskozitu kalu. Špecifická plocha povrchu ovplyvňuje spotrebu spojiva, stabilitu suspenzie a medzifázový vodivý efekt. Tieto tri parametre sa navzájom ovplyvňujú a sú základným referenčným základom pre návrh formulácie vodivej pasty CNT. Shandong Tanfeng ako profesionálny výrobca uhlíkových nanorúrok a vodivej pasty, založený na nových výhodách materiálového priemyslu Shandong, má schopnosť hromadne-produkovať viaceré špecifikácie CNT. Môžu odporučiť vhodné parametre CNT na základe cieľovej viskozity suspenzie zákazníka, obsahu pevných látok a indikátorov vodivosti a poskytnúť podpornú technickú podporu pri ladení kalu, čím sa zníži počet pokusov-a{7}}chybových cyklov formulácie.
FAQ
Otázka: Znamená vyšší špecifický povrch uhlíkových nanorúrok vždy lepší vodivý účinok kalu?
Odpoveď: Nie nevyhnutne. CNT s vysokou-povrchovou{2}}plochou sú náchylné na aglomeráciu. Ak rozptyl zlyhá, vodivý výkon v skutočnosti klesá. Dispergačný proces a pomer formulácie sú rovnako kritické.
Otázka: Ako by sa mali zvoliť parametre CNT pre vodivú pastu z uhlíkových nanorúrok s nízkou{0}}viskótou?
Odpoveď: Uprednostnite hrubý priemer, krátku dĺžku a strednú špecifickú plochu povrchu CNT. Prípadne si môžete priamo kúpiť vopred-dispergovanú hotovú vodivú pastu Shandong Tanfeng.