Suure -energiatihedusega-liitiumakude väljatöötamisel on räni-põhised anoodid, mille teoreetiline erimaht ületab tunduvalt grafiidi oma, muutunud toiteakude ja energiasalvestusakude võtmesuunaks. Miks eelistatakse räni{4}}põhiste anoodide jaoks süsinik-nanotoru juhtivaid pastasid, on praktiline teema, mida akude uurimis- ja arendusinsenerid sageli arutavad. Räni materjalidel on halb sisejuhtivus ja nende maht suureneb laadimise ja tühjenemise ajal tohutult. Tavaline juhtiv tahm näeb vaeva, et säilitada elektroodide juhtivust võrgustikku pikema aja jooksul. Paljud ettevõtted kogevad räni-süsinikanoodide väikesemahuliste ja pilootkatsete käigus tsükli kiiret halvenemist ja sisemise takistuse pidevat suurenemist. Sageli peitub algpõhjus juhtiva lisandi valikus. Süsinik-nanotoru juhtivast pastast, millel on ühedimensiooniline torukujuline struktuur ja suurepärane mehaaniline vastupidavus, on saanud räni{13}}põhiste anoodide industrialiseerimise peamine juhtiv lahendus. Siiski on vaja ka mudelit sobitada ränisisalduse ja lobrisüsteemi alusel.
1. Räni põhivalupunkt-
Räni{0}}põhiste anoodide suurim tehniline väljakutse on mahu tugev suurenemine ja kokkutõmbumine laadimise{1}}tühjenemise ajal. Traditsioonilised punkt-kontakt juhtivad lisandid kaotavad väga kergesti kontakti, põhjustades rakkude sisemise takistuse järsu tõusu ja tsükli kiiret lagunemist. See seab kõrged nõudmised juhtiva lisandi mehaanilisele puhverdusvõimele.
Liitimise ajal võib räni{0}}põhiste materjalide maht suureneda 200-300%, millele järgneb delitiseerimisel kokkutõmbumine. Pärast korduvat tsüklit on räniosakesed altid pulbristamisele. Tavalised tahma juhtivad lisandid tuginevad radade loomiseks osakeste punktkontaktidele. Pärast räniosakeste paisumist ja nihkumist nihkuvad ja eralduvad tahma osakesed, katkestades otseselt juhtivad lülid, põhjustades elektroodi sisemise takistuse pidevat suurenemist ja kiiret võimsuse halvenemist. Samal ajal on ränil endal nõrk juhtivus. Kui juhtiv lisand ei saa moodustada pidevat võrku kogu elektroodilehe ulatuses, põhjustab see ka selliseid probleeme nagu halb kiirus ja madal esimese tsükli efektiivsus.
Turul olevad räni-põhised anoodid jagunevad kõrge-ränisisaldusega süsteemideks ja SiO komposiiträni-süsinikusüsteemideks. Mida suurem on ränisisaldus, seda tugevam on paisumise hävitav mõju ja seda kõrgemad on juhtiva pasta igakülgsed jõudlusnõuded.
Suheldes paljude räni{0}}süsinikanoodide klientidega, on Shandong Tanfeng avastanud, et paljud uurimis- ja arendusmeeskonnad kopeerivad otse grafiitanoodide juhtivaid lisandeid, kandes tavalist tahma otse räni{1}}põhistele anoodidele. Kuigi jõudlus võib olla labori mastaabis vastuvõetav, langeb jõudlus pärast sadu tsükleid järsult. Selle põhjuseks on asjaolu, et laienemisest põhjustatud juhtiva võrgu kahjustusi on tähelepanuta jäetud.
2. Räni{1}}põhiste anoodide süsiniknanotoru juhtiva pasta neli peamist eelist
Võrreldes tahmaga loob süsinik-nanotoru juhtiv pasta, tuginedes oma ühe-dimensioonilisele pikale torukujulisele struktuurile, paindliku kolme-dimensioonilise juhtiva võrgu, mis talub räniosakeste korduvat paisumist ja kokkutõmbumist, saavutades kõrge juhtivuse väikese lisamiskoguse juures, kohandudes silikoonide eritingimustega.
1. Paindlik pika-ulatusega juhtiv võrk, mis säilitab laienemise ja kokkutõmbumise ajal katkematuid teid
Süsiniknanotorude kuvasuhted on 500–1000 või rohkem, need kattuvad elektroodi sees, moodustades juhtiva võrgu, mis sarnaneb "elastse karkassiga". Kui räniosakesed paisuvad ja kokku tõmbuvad, võivad süsinikutorud deformeeruda nagu vedrud ilma otsest kontakti katkestamata, säilitades pidevalt elektronide transpordikanaleid. Seevastu tahma punktkontaktid kaotavad väga kergesti kontakti pärast osakeste nihkumist.
2. Väike lisatav kogus, vabastab rohkem ruumi aktiivse materjali jaoks, parandab energiatihedust
Ruum räni{0}}põhises anoodisüsteemis on väga väärtuslik. Juhtivate lisandite suur osakaal tõrjub välja räni-süsinikaktiivse materjali osa. MWCNT juhtiva pasta efektiivne lisatav kogus räni-süsinikanoodides on üldiselt vaid 0,3–1,0%, saavutades ideaalse juhtivuse. Traditsiooniline tahm nõuab sageli 2–4% lisamist, hõivates aktiivse materjali osa ja piirates raku energiatiheduse paranemist.
3. Suurepärased mehaanilised omadused, puhverdav räniosakeste paisumispinge
Süsinik-nanotorudel on kõrge elastsusmoodul ja hea sitkus, mis suudavad puhverdada räniosakeste paisumisest põhjustatud sisepingeid, leevendada elektroodide lehtede pragunemist ja pulbri eraldumist, vähendada aktiivse materjali peenestamisel tekkinud rikke ohtu, parandada kaudselt SEI kile stabiilsust ja vähendada gaasi teket pidevatest elektrolüüdi kõrvalreaktsioonidest.
4. Ühildub nii õli-põhiste NMP kui ka vee-põhiste ränipulbersüsteemidega
Praegu kasutavad räni{0}}põhised anoodid peamiselt vee-põhiseid lobriprotsesse, mis on ühendatud CMC-SBR sideainetega, mis seab juhtiva pasta dispergeeriva aine ühilduvusele ranged nõuded. Kvalifitseeritud CNT juhtiv pasta võib saavutada hea ühilduvuse veepõhistes süsteemides ilma sideainesüsteemi hävitamata, stabiilse suspensiooni reoloogiaga ja vähem altid triipude ja aukude defektidele katmise ajal.
| Võrdluspunkt | CNT juhtiv pasta (MWCNT) | Tavaline juhtiv süsinikmust SP | Testimistingimused |
|---|---|---|---|
| Mõistlik tõhus lisamiskogus räni{0}}süsinikanoodi jaoks | 0,3-1,0 massiprotsenti | 2–4 massiprotsenti | SiO/C räni{0}}põhine anoodisüsteem |
| Kohanemisvõime räniosakeste paisumisega | Suurepärane, võrk võib deformeeruda ja puhverdada | Kehvad, punktkontaktid purunevad kergesti | 1C tsükli test |
| 100 tsükli mahutavuse säilitamine | 88-92% | 65-72% | Ränisisaldus 15% räni-süsiniku pool{2}}element |
| Elektroodi sisemise takistuse muutus (pärast jalgrattasõitu) | Väike sisemise takistuse tõus | Sisemise takistuse suur kasv | EIS impedantsi mõõtmine |
| Mõju energiatihedusele | Madal täituvus, tihedus paraneb | Suur täituvus, piirab energiatihedust | Sama formuleerimissüsteem |
Kokkuvõte:CNT juhtiva pasta eelised on üles ehitatud põhjaliku hajutamise eeldusele. Kui pastas olevad CNT-d on tugevalt aglomeeritud, ei saa ükski ülaltoodud eelistest realiseerida.
Shandong Tanfeng on spetsiaalselt välja töötanud räni{0}}seeria spetsiaalse CNT juhtiva pasta räni-põhiste anooditingimuste jaoks, lansseerides NMP-põhiseid õli-- ja vee{4}}põhiseid mudeleid. Dispergeeriva aine ja CNT kuvasuhe on optimeeritud, et kohaneda CMC-SBR vee-põhise sideainesüsteemiga, takistades tõhusalt läga paksenemist ja geelistumist ränianoodides. Paljud räni-süsinikanoodide uurimis- ja arendus- ning masstootmiskliendid kasutavad neid otse väikesemahulisteks{10}}- ja pilootkatseteks, mis vähendab koostise silumistsüklit.
3. Millised on praktilised puudused CNT juhtiva pasta kasutamisel räni{1}}põhiste anoodide jaoks?
CNT juhtiv pasta ei ole universaalne lahendus. Vale valik võib põhjustada läga kõrge viskoossuse ja dispersiooni raskusi. Kõrge -ränisisaldusega süsteemide puhul peab CNT parameetrite sobitamine olema korralikult tehtud; grafiidianoodi pasta parameetreid ei saa otse kopeerida.
Kõrged nõuded dispersiooniprotsessile:Kui CNT juhtiv pasta pole korralikult hajutatud ja sisaldab suures koguses aglomeraate, moodustavad need räni{0}}põhises anoodis juhtivaid saari, mis mitte ainult ei aita, vaid põhjustab ka musti laike ja mikro{1}}lühise riske elektroodi lehel.
Raske viskoossuse kontroll:Süsinik-nanotorudel on suur eripind ja sama lisamiskoguse korral suurendavad nad hõlpsamini anoodipulbri viskoossust. Räni{1}}põhistel anoodidel on keeruline osakeste morfoloogia, mis nõuab koostise silumise ajal tahke aine sisalduse ja viskoossuse koordineeritud kontrolli.
Ränisisaldusega-ja puhta räni süsteemidel on ainult CNT-de puhul siiski piirangud.Suure -ränisisaldusega süsteemide puhul, mille ränisisaldus ületab 30%, ei piisa ainult CNT juhtivale pastale tuginemisest tohutu paisumise täielikuks korvamiseks. Tööstuses kasutatakse täiendavate eeliste saavutamiseks tavaliselt CNT-de ja tahma hübriidset juhtivat lahust.
| Toimimisstsenaarium | Soovitatav juhtiv lahendus | Põhipunktid |
|---|---|---|
| SiO/C madal{0}}keskmine ränianood (5–20% Si) | Peamiselt CNT juhtiv pasta, milles on kombineeritud väike kogus tahma | Eelistage räni{0}}anoodi-pastaga mudeleid |
| High-Silicon System (Si >25%) | CNT-d + süsinikmust / grafeen hübriid | Ei ole soovitatav kasutada ainult CNT-sid |
| Väikelaboratooriumi{0}}uurimus- ja arendustegevus | Eelistage veepõhist{0}}CNT juhtivat pasta | Kontrollige rangelt söötmisjärjestust, tagage eelne{0}}segamine |
4. Praktilised valikupunktid CNT juhtiva pasta kasutamiseks räni{1}}põhistes anoodides
CNT juhtiva pasta ostmisel ärge vaadake ainult tahke sisaldust. Seda tuleb kombineerida ränisisalduse, suspensiooni lahustisüsteemi ja sideaine tüübiga, keskendudes CNT pikkusele, dispersiooni olekule ja lisandite indikaatoritele.
Eristage lahustisüsteemi:Ärge kasutage otse NMP{0}}põhist õli-põhist pasta vee-põhiste ränianoodide jaoks; lahustite mittevastavus hävitab otse lägasüsteemi, põhjustades flokulatsiooni ja kihistumist.
Kõrgem ränisisaldus:Ärge püüdke pimesi taga liiga pikki CNT-sid. Liiga pikad torud võivad kergesti põhjustada läga takerdumist ja paksenemist. Valige räni anoodide jaoks sobivad keskmise pikkusega -CNT-mudelid.
Pöörake tähelepanu metallide lisandite näitajatele:Räni{0}}põhised anoodid on tundlikud metallide lisandite suhtes. Liigsed lisandid võivad kergesti põhjustada rakkude isetühjenemist{2}}.
Eelistage väikesemahulist{0}}kinnitamist:Esmalt viige läbi väikese -partii proovide testimine, uurides pasta ühilduvust, elektroodide lehtede katte välimust, tsükli jõudlust ja sisetakistuse andmeid, seejärel suurendage masstootmiseni.
CNT juhtiva pasta tootjana võib Shandong Tanfeng pakkuda väikest näidistuge räni{0}}põhiste anoodiprojektide jaoks. Tuginedes kliendi ränisisaldusele ja vee/õli{2}}põhisele süsteemile, pakub see sihipäraseid valikusoovitusi ja väljastab protsesside viiteid söötmiseks ja segamiseks, aidates klientidel vältida koostise silumise kõrvalepõikeid.
5. Artikli täielik kokkuvõte
Peamine põhjus, miks räni{0}}põhised anoodid eelistavad CNT juhtivat pastat, on see, et painduv-dimensiooniline võrk lahendab räniosakeste laienemisest põhjustatud juhtiva lingi katkemise probleemi, saavutades väikese lisamise, tasakaalustades samal ajal juhtivuse ja energiatiheduse. Vastav süsteemimudel tuleb aga sobitada; kõrge -ränisisaldusega stsenaariumide korral on soovitatav segada teiste juhtivate lisanditega ja grafiidianoodi pasta lahust ei tohiks otse kopeerida.
Räni{0}}põhiste anoodide rike ei ole sageli täielikult tingitud ränimaterjalist endast. See, kas juhtiv lisaaine talub rattasõidu ajal toimuvaid mahumuutusi, on ülioluline. Traditsioonilised tahma juhtivad lisandid, mida piirab nende punkt--kontaktmehhanism räni-süsinikusüsteemides, ei suuda saavutada pikka tööiga. Tänu ainulaadsele ühedimensioonilisele võrgustruktuurile on CNT juhtivast pastast saanud räni-süsinikanoodide industrialiseerimise peamine valik. Valiku tegemisel ärge vaadake ainult kindlaid sisunäitajaid; hinnata põhjalikult hajutatavust, viskoossust, lisandeid ja süsteemi ühilduvust.
Shandong Tanfengil on mitme -spetsifikatsiooniga CNT juhtivad pastatooted, mis sobivad räni{1}}põhistele anoodidele ja võivad toetada kohandatud arendust. Samuti pakub see lägaprotsessi tehnilist koordineerimist, pakkudes täielikke tugiteenuseid teadus- ja arendusasutustele ning akutootjatele.
KKK
K: Kas räni{0}}põhistel anoodidel saab kasutada ainult CNT juhtivat pastat ilma tahmata?
V: Madala -keskmise ränisisaldusega SiO/C süsteemid võivad seda proovida, kuid enamik tööstuslikke koostisi sisaldavad väikeses koguses tahma. Tahm täidab tühimikud osakeste vahel, optimeerides sünergistlikult juhtivat võrgustikku ja vähendades üldisi koostiskulusid.
K: Kas tavaliste grafiitanoodide jaoks kasutatavat CNT-pastat saab kasutada otse veepõhiste ränianoodide jaoks?
V: Otsene kasutamine ei ole soovitatav. Grafiidi anoodipasta dispergeeriv koostis ei pruugi CMC-SBR-süsteemiga ühilduda, põhjustades kergesti suspensiooni paksenemist ja settimist. Eelistage vee-põhist CNT juhtivat pasta, mis on spetsiaalselt loodud räni anoodide jaoks.
K: Milline on tüüpiline CNT juhtiva pasta kogus räni-süsinikanoodide jaoks?
V: SiO/C räni{0}}süsinikanoodide puhul on efektiivne CNT lisamise kogus tavaliselt vahemikus 0,3–1,0%. Mida suurem on ränisisaldus, seda optimaalne lisamisaken tuleb katsete abil uuesti kalibreerida.