V procesu přípravy vodivé pasty z uhlíkových nanotrubiček se mnoho pracovníků výzkumu a vývoje setkává s problémy, jako je abnormální viskozita kaše, nerovnoměrná disperze a velké kolísání vnitřního odporu elektrodové desky. Kromě disperzního procesu a faktorů rozpouštědlového systému jsou hlavní příčinou většinou rozdíly ve fyzikálních vlastnostech samotných uhlíkových nanotrubic. Průměr, délka a specifický povrch uhlíkových nanotrubic jsou tři klíčové ukazatele pro výběr produktu. Změny v každém parametru budou mít řetězovou reakci na stabilitu disperze, vodivost a adaptabilitu zpracování vodivé pasty CNT. Níže analyzujeme konkrétní dopad každého parametru na základě skutečných podmínek hromadné výroby.
1. Průměr uhlíkové nanotrubice určuje obtížnost disperze kalu a vodivý kontaktní odpor
Čím menší je průměr uhlíkových nanotrubiček, tím lepší je vlastní vodivost, ale tím vyšší je povrchová aktivita, což zvyšuje pravděpodobnost aglomerace, což zvyšuje obtížnost disperze a viskozitu systému. Zkumavky s větším průměrem se snadněji dispergují, takže jsou vhodné pro formulace, kde je prioritou zpracovatelnost.
Tenčí CNT mají méně stěn trubice, nižší odpor elektronového vedení a vynikající vodivý účinek při stejném množství přísady. Van der Waalsovy síly mezi tenčími trubkami jsou však silnější. Pokud není proces mletí a dispergace řádně řízen, mohou se snadno znovu zamotat, což způsobí částice a sedimentaci v kaši. Tlustší CNT mají slabší tendenci se vzájemně zaplétat, nabízejí vyšší toleranci disperze v NMP a systémech na bázi vody-, s lepší tekutostí kaše, vhodné pro-výrobu povlaků ve velkém měřítku.
| Rozsah průměru CNT | Charakteristika kalového jádra | Použitelné scénáře |
|---|---|---|
| 5–10 nm (tenký průměr) | Výborná vodivost, náchylnost k aglomeraci, vyšší viskozita kaše | Katody lithiových baterií s vysokou-energií-, ultra-tenké vodivé filmy |
| 10–20 nm (běžný průměr) | Dobrá rovnováha vodivosti a disperze, regulovatelná viskozita | Napájecí lithiové baterie, vodivá lepidla |
| Nad 20 nm (silný průměr) | Snadná disperze, dobrá tekutost kaše, nižší vodivost | Vodivé plasty, anti{0}}statické povlaky |
2. Délka uhlíkových nanotrubiček ovlivňuje konstrukci vodivé sítě kalu a reologické vlastnosti
Delší uhlíkové nanotrubice snadněji tvoří spojitě se překrývající vodivé sítě, čímž se snižuje celkový měrný odpor kaše, ale výrazně zvyšují viskozitu kaše. Kratší CNT nabízejí lepší tekutost a jsou vhodné pro procesy tenkého potahování, ale jejich vodivost na velké -dosahy je slabší.
Dlouhé CNT se spoléhají na svou jednorozměrnou dlouhou strukturu, která vytváří dlouhé-vodivé dráhy napříč částicemi. Malé přídavné množství může dosáhnout nízkého vnitřního odporu, což šetří náklady na formulaci. Příliš dlouhé trubky se však proplétají a vytvářejí síťovou strukturu, zamykají se v rozpouštědle a způsobují znatelné zvýšení viskozity kaše, což může vést k problémům se zpracováním, jako je tažení a špatné vyrovnání povlaku. Krátké CNT se do sebe snadno nezaplétají, což má za následek stabilní reologii kaše. Často se používají v kombinaci s dlouhými trubicemi a sazemi v hybridních vodivých systémech k vyplnění mezer ve vodivé síti.
Shandong Tanfeng dokáže přizpůsobit suroviny CNT s různými specifikacemi délek a zároveň formulovat hotovou vodivou pastu CNT pro optimalizaci reologie kaše při současném zajištění vodivosti, přizpůsobení se vysokorychlostním linkám na výrobu povlaků a řešení problému s-mimo-kontrolní viskozity během ladění formulace.
3. Specifická povrchová plocha uhlíkových nanotrubiček ovlivňuje absorpci kalového oleje, dávkování disperzantu a mezifázovou vazbu
Čím vyšší je specifický povrch uhlíkových nanotrubic, tím silnější je jejich schopnost absorbovat rozpouštědlo a pojivo, což vyžaduje vyšší množství dispergačního činidla a pojiva pro přípravu kaše. Pokud je poměr nevyvážený, může snadno způsobit vločkování kejdy.
CNT s vysokou-specifickou-povrchovou-oblastí mají více aktivních míst a více kontaktních bodů s aktivními materiály katody a anody, což účinně snižuje odpor mezi rozhraními a zlepšuje životnost baterie. Silná adsorpční kapacita trubek s velkou-povrchovou{5}}plochou však spotřebuje velké množství PVDF, CMC a dalších pojiv v systému. Jakmile je pojivo nedostatečné, stabilita kaše klesá, což vede k vrstvení a sedimentaci. CNT s nízkou-specifickou-povrchovou{10}}plochou mají nižší adsorpci, vyšší toleranci složení, spotřebují méně pojiva a snadněji se zpracovávají.
| Specifický rozsah plochy povrchu | Výkon v kaši | Bezpečnostní opatření při formulaci |
|---|---|---|
| >250 m²/g | Dostatečný vodivý kontakt, vysoká spotřeba pojiva, náchylný k vločkování | Zvyšte poměr dispergačního činidla a pojiva; kontrolovat obsah pevných látek |
| 150–250 m²/g | Vyvážený celkový výkon, vhodný pro běžné složení lithiových baterií | Výroba konvenčního pevného obsahu; velká flexibilita přizpůsobení procesu |
| <150 m²/g | Nízká adsorpce, dobrá stabilita suspenze, méně kontaktních bodů na rozhraní | Vhodné pro nízkoviskozní procesy tlustého lakování; lze kombinovat se sazemi v hybridním systému |
4. Synergické párování tří parametrů: Praktické návrhy pro výběr složení suspenze
Průměr, délka a specifický povrch uhlíkových nanotrubic se vzájemně omezují. Nelze usilovat o to nejlepší v jediném parametru; musí být synergicky sladěny na základě systému rozpouštědel, obsahu pevných látek a procesu potahování.
Výběr pouze tenkých, dlouhých CNT s vysokou{0}}specifickou-povrchovou-plochou může snadno vést k příliš husté kaši a selhání rozptylu. Volba pouze tlustých, krátkých trubic s nízkou -povrchovou- plochou vede k vysoké dávce vodivé přísady, zabírá podíl aktivního materiálu a snižuje hustotu energie produktu.
U konvenčních katodových kalů pro napájecí baterie upřednostňujte CNT se středním průměrem, střední délkou a vyváženým specifickým povrchem. Pro vysoko-rychlé-nabíjecí systémy lze použít tenké-průměrové CNT. U anodových suspenzí na bázi vody se spíše doporučují modifikované CNT s mírným specifickým povrchem, aby se snížilo riziko aglomerace.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd.
Průměr uhlíkových nanotrubiček řídí vodivost suspenze a obtížnost disperze. Délka určuje kontinuitu vodivé sítě a viskozitu suspenze. Specifický povrch ovlivňuje spotřebu pojiva, stabilitu kaše a mezifázový vodivý efekt. Tyto tři parametry se vzájemně ovlivňují a jsou základním referenčním základem pro návrh formulace vodivé pasty CNT. Shandong Tanfeng jako profesionální výrobce uhlíkových nanotrubiček a vodivých past, založený na nových výhodách materiálového průmyslu Shandong, má schopnost hromadně-produkovat různé specifikace CNT. Mohou doporučit vhodné parametry CNT na základě cílové viskozity suspenze zákazníka, obsahu pevných látek a indikátorů vodivosti a poskytnout podpůrnou technickou podporu pro ladění suspenze, čímž se zkrátí zkušební-a-cyklus chyb formulace.
FAQ
Otázka: Znamená vyšší měrný povrch uhlíkových nanotrubiček vždy lepší vodivý účinek kalu?
A: Ne nutně. CNT s vysokou-povrchovou-plochou jsou náchylné k aglomeraci. Pokud rozptyl selže, vodivostní výkon se ve skutečnosti sníží. Dispergační proces a poměr složení jsou stejně kritické.
Otázka: Jak by se měly vybrat parametry CNT pro vodivé pasty z uhlíkových nanotrubiček s nízkou viskozitou{0}?
Odpověď: Upřednostňujte tlustý průměr, krátkou délku a střední specifickou plochu povrchu CNT. Případně si můžete přímo zakoupit předem-dispergovanou hotovou vodivou pastu Shandong Tanfeng.