เหตุใดท่อนาโนคาร์บอนจึงเหมาะสำหรับแอโนดที่มีซิลิคอน-

ในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมความหนาแน่น-พลังงาน-ความหนาแน่นสูง แอโนดที่ใช้ซิลิคอน- ซึ่งมีความจุจำเพาะทางทฤษฎีเกินกว่าความจุของกราไฟท์มาก ได้กลายเป็นทิศทางสำคัญสำหรับแบตเตอรี่ให้พลังงานและแบตเตอรี่กักเก็บพลังงาน เหตุใดจึงเลือกใช้ครีมนำไฟฟ้าจากท่อนาโนคาร์บอนสำหรับแอโนดที่มีซิลิคอน- จึงเป็นหัวข้อเชิงปฏิบัติที่วิศวกรฝ่ายวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่มักพูดคุยกันบ่อยครั้ง วัสดุซิลิกอนมีค่าการนำไฟฟ้าภายในต่ำและมีปริมาตรเพิ่มขึ้นอย่างมากในระหว่างการชาร์จและคายประจุ คาร์บอนแบล็คที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าทั่วไปประสบปัญหาในการรักษาเครือข่ายตัวนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรดในระยะยาว ในระหว่างการทดลองนำร่องซิลิคอน-แอโนดคาร์บอนของซิลิคอน-ขนาดเล็ก บริษัทหลายแห่งประสบปัญหาวงจรการเสื่อมลงอย่างรวดเร็วและเพิ่มความต้านทานภายในอย่างต่อเนื่อง สาเหตุหลักมักอยู่ที่การเลือกสารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ท่อนาโนคาร์บอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งมีโครงสร้างท่อ-มิติเดียวและมีความเหนียวเชิงกลที่ยอดเยี่ยม ได้กลายเป็นโซลูชันที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหลักสำหรับการพัฒนาแอโนดที่มีซิลิคอน-เป็นอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องจับคู่แบบจำลองตามปริมาณซิลิคอนและระบบสารละลายด้วย

1. จุดปวดหลักของแอโนดที่ใช้ซิลิคอน-: การขยายปริมาตรทำให้เครือข่ายนำไฟฟ้าเสียหายและล้มเหลว

ความท้าทายทางเทคนิคที่ใหญ่ที่สุดของแอโนดที่มีซิลิคอน-คือการขยายตัวและการหดตัวของปริมาตรอย่างรุนแรงระหว่างการ-วงจรการคายประจุ สารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่หน้าสัมผัสแบบจุด-มีแนวโน้มที่จะสูญเสียการสัมผัส ทำให้เกิดความต้านทานภายในของเซลล์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและการเสื่อมสภาพของวงจรอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้มีความต้องการสูงในด้านความสามารถในการบัฟเฟอร์เชิงกลของสารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

ในระหว่างการตัดหิน วัสดุที่ทำจากซิลิกอน-จะมีปริมาตรเพิ่มขึ้น 200-300% ตามด้วยการหดตัวเมื่อทำการตัดออก หลังจากการปั่นจักรยานซ้ำแล้วซ้ำอีก อนุภาคซิลิคอนมีแนวโน้มที่จะเกิดการแหลกลาญ สารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของคาร์บอนแบล็กธรรมดาอาศัยจุดสัมผัสระหว่างอนุภาคเพื่อสร้างทางเดิน หลังจากการขยายตัวและการกระจัดของอนุภาคซิลิคอน อนุภาคคาร์บอนแบล็กจะเคลื่อนตัวและหลุดออก ซึ่งทำลายจุดเชื่อมต่อที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าโดยตรง ส่งผลให้ความต้านทานภายในของอิเล็กโทรดเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและความจุลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกัน ซิลิคอนเองก็มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ หากสารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าไม่สามารถสร้างเครือข่ายต่อเนื่องได้ทั่วทั้งแผ่นอิเล็กโทรด ก็จะทำให้เกิดปัญหาตามมา เช่น ความสามารถด้านอัตราต่ำและประสิทธิภาพรอบแรกต่ำ

แอโนดที่ใช้ซิลิคอน-ในท้องตลาดแบ่งออกเป็นระบบ-ระบบซิลิคอนสูง และระบบคาร์บอนคอมโพสิตซิลิคอน SiO- ยิ่งปริมาณซิลิกอนสูงเท่าใด ผลการทำลายล้างของการขยายตัวก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น และข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่ครอบคลุมสำหรับการวางสื่อไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ในระหว่างการโต้ตอบกับลูกค้าแอโนดคาร์บอน-ซิลิคอนจำนวนมาก ซานตง ตันเฟิงพบว่าทีม R&D จำนวนมากคัดลอกสูตรสารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของแอโนดกราไฟท์โดยตรง โดยใช้คาร์บอนแบล็กธรรมดากับแอโนดที่มีซิลิคอน-โดยตรง แม้ว่าประสิทธิภาพอาจยอมรับได้ในระดับห้องปฏิบัติการ แต่หลังจากผ่านไปหลายร้อยรอบ ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากความเสียหายของเครือข่ายสื่อกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการขยายตัวถูกมองข้ามไป

2. ข้อดีหลักสี่ประการของท่อนาโนคาร์บอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสำหรับแอโนดที่มีซิลิคอน-

เมื่อเปรียบเทียบกับคาร์บอนแบล็ก ท่อนาโนคาร์บอนวางเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า อาศัยโครงสร้างท่อยาวหนึ่ง-มิติเดียว และสร้างเครือข่ายนำไฟฟ้าสามมิติ-ที่ยืดหยุ่น ซึ่งสามารถทนต่อการขยายตัวและการหดตัวซ้ำๆ ของอนุภาคซิลิกอน ทำให้ได้ค่าการนำไฟฟ้าสูงในปริมาณที่เติมต่ำ โดยปรับให้เข้ากับสภาวะการทำงานพิเศษของแอโนดที่มีซิลิคอน-

1. เครือข่ายสื่อกระแสไฟฟ้าระยะไกล-ที่ยืดหยุ่นได้ รักษาเส้นทางที่ไม่ขาดตอนในระหว่างการขยายและการหดตัว

ท่อนาโนคาร์บอนมีอัตราส่วนกว้างยาว 500-1,000 หรือมากกว่า โดยซ้อนทับกันภายในอิเล็กโทรดเพื่อสร้างเครือข่ายสื่อกระแสไฟฟ้าที่คล้ายกับ "โครงแบบยืดหยุ่น" เมื่ออนุภาคซิลิกอนขยายตัวและหดตัว ท่อคาร์บอนสามารถเปลี่ยนรูปเหมือนสปริงได้โดยไม่ทำลายการสัมผัสโดยตรง โดยจะรักษาช่องทางการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่อง ในทางตรงกันข้าม จุดสัมผัสของคาร์บอนแบล็กมีแนวโน้มที่จะสูญเสียการสัมผัสหลังจากการกระจัดของอนุภาค

2. ปริมาณการเติมต่ำ เพิ่มพื้นที่ว่างสำหรับวัสดุที่ใช้งาน การปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงาน

พื้นที่ในระบบแอโนดที่ใช้ซิลิคอน-นั้นมีคุณค่ามาก สารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในสัดส่วนสูงจะบดบังสัดส่วนของวัสดุออกฤทธิ์คาร์บอนของซิลิคอน- ปริมาณการเติมที่มีประสิทธิผลของสารนำไฟฟ้า MWCNT ในซิลิคอน-แอโนดคาร์บอนโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 0.3-1.0% เท่านั้น ซึ่งบรรลุผลในการนำไฟฟ้าในอุดมคติ คาร์บอนแบล็กแบบดั้งเดิมมักต้องการการเติม 2-4% ซึ่งกินสัดส่วนของวัสดุที่ใช้งานอยู่ และจำกัดการปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานของเซลล์

3. คุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม ความเครียดการขยายตัวของอนุภาคซิลิคอนบัฟเฟอร์

ท่อนาโนคาร์บอนมีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงและมีความเหนียวที่ดี สามารถบัฟเฟอร์ความเครียดภายในที่เกิดจากการขยายตัวของอนุภาคซิลิคอน ช่วยลดการแตกร้าวของแผ่นอิเล็กโทรดและการหลุดของผง ลดความเสี่ยงของความล้มเหลวจากการบดวัสดุที่ใช้งานอยู่ ปรับปรุงความเสถียรของฟิล์ม SEI ทางอ้อม และลดการสร้างก๊าซจากปฏิกิริยาข้างเคียงของอิเล็กโทรไลต์อย่างต่อเนื่อง

4. เข้ากันได้กับทั้งระบบสารละลายซิลิคอนที่ใช้- NMP ที่ใช้น้ำมันและ-

ปัจจุบัน แอโนดที่มีฐานเป็นซิลิคอน-ส่วนใหญ่ใช้กระบวนการสารละลายที่มีน้ำเป็นฐาน- โดยจับคู่กับสารยึดเกาะ CMC-SBR ซึ่งกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับความเข้ากันได้ของสารช่วยกระจายตัวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า สารนำไฟฟ้า CNT ที่ผ่านการรับรองสามารถเข้ากันได้ดีในระบบที่ใช้น้ำ- โดยไม่ทำลายระบบสารยึดเกาะ โดยมีรีโอโลจีของสารละลายที่เสถียร และมีแนวโน้มที่จะเกิดแถบและข้อบกพร่องของรูเข็มน้อยลงในระหว่างการเคลือบ

สรุป:ข้อดีของการนำไฟฟ้า CNT ถูกสร้างขึ้นบนสมมติฐานของการกระจายตัวอย่างละเอียด หาก CNT ในเพสต์มีการรวมตัวกันอย่างรุนแรง จะไม่สามารถรับรู้ถึงข้อดีข้างต้นใดๆ ได้เลย

Shandong Tanfeng ได้พัฒนาสารเพสต์นำไฟฟ้า CNT ซีรีส์-โดยเฉพาะสำหรับสภาวะแอโนดที่ใช้ซิลิคอน- โดยเปิดตัวแบบจำลองที่ใช้น้ำมัน-และน้ำ-แบบ NMP สารช่วยกระจายตัวและอัตราส่วนกว้างยาวของ CNT ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อปรับให้เข้ากับระบบสารยึดเกาะที่ใช้น้ำ CMC-SBR- ซึ่งยับยั้งการทำให้สารละลายข้นและการเกิดเจลในซิลิคอนแอโนดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลูกค้าด้านการวิจัยและพัฒนาซิลิคอน-คาร์บอนแอโนดและการผลิตจำนวนมากใช้สิ่งเหล่านี้โดยตรงสำหรับ-การทดลองนำร่องและขนาดเล็ก ช่วยลดรอบการแก้ไขข้อบกพร่องของการกำหนดสูตร

3. อะไรคือข้อบกพร่องในทางปฏิบัติของการใช้ CNT Conductive Paste สำหรับแอโนดที่มีซิลิคอน-

สารสื่อกระแสไฟฟ้า CNT ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาแบบสากล การเลือกที่ไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่ความหนืดของสารละลายสูงและความยากลำบากในการกระจายตัว สำหรับระบบที่มีซิลิคอนสูง- การจับคู่พารามิเตอร์ CNT จะต้องดำเนินการอย่างเหมาะสม ไม่สามารถคัดลอกพารามิเตอร์ของการวางขั้วบวกกราไฟท์ได้โดยตรง

ความต้องการสูงในกระบวนการกระจายตัว:หากสารนำไฟฟ้า CNT นั้นกระจายตัวไม่เหมาะสมและมีกลุ่มเกาะจำนวนมาก สารเหล่านี้จะก่อตัวเป็นเกาะนำไฟฟ้าในขั้วบวกที่มีซิลิคอน- ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยไม่ได้เท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดจุดดำและ-ความเสี่ยงต่อการลัดวงจรขนาดเล็กบนแผ่นอิเล็กโทรดอีกด้วย

ควบคุมความหนืดได้ยาก:ท่อนาโนคาร์บอนมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงและในปริมาณที่เท่ากัน จะเพิ่มความหนืดของสารละลายแอโนดได้ง่ายขึ้น แอโนดที่มีซิลิคอน-นั้นเองมีสัณฐานวิทยาของอนุภาคที่ซับซ้อน ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมปริมาณของแข็งและความหนืดร่วมกันระหว่างการแก้ไขจุดบกพร่องของสูตร

ระบบซิลิคอนสูงและซิลิคอนบริสุทธิ์สูง-ยังคงมีข้อจำกัดกับ CNT เพียงอย่างเดียว:สำหรับระบบซิลิกอนสูง-ที่มีปริมาณซิลิกอนเกิน 30% การใช้เพสต์นำไฟฟ้า CNT เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะชดเชยการขยายตัวขนาดใหญ่ได้อย่างสมบูรณ์ โดยทั่วไปอุตสาหกรรมจะใช้สารละลายนำไฟฟ้าแบบไฮบริดของ CNT + คาร์บอนแบล็คเพื่อให้ได้ข้อได้เปรียบที่เสริมกัน

4. จุดคัดเลือกในทางปฏิบัติสำหรับการใช้ CNT Conductive Paste ในขั้วบวกแบบซิลิคอน-

เมื่อซื้อ CNT Conductive Paste อย่าดูเฉพาะเนื้อหาที่เป็นของแข็งเท่านั้น โดยจะต้องรวมกับปริมาณซิลิกอน ระบบตัวทำละลายของสารละลาย และประเภทของสารยึดเกาะ โดยเน้นที่ความยาวของ CNT สถานะการกระจายตัว และตัวบ่งชี้สิ่งเจือปน

แยกแยะระบบตัวทำละลาย:อย่าใช้เพสต์ที่มีน้ำมันเป็นส่วนประกอบหลัก-ของ NMP- โดยตรงสำหรับซิลิคอนแอโนดที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบหลัก- ตัวทำละลายที่ไม่ตรงกันจะทำลายระบบสารละลายโดยตรง ทำให้เกิดการตกตะกอนและการแบ่งชั้น

ปริมาณซิลิกอนที่สูงขึ้น:อย่าสุ่มสี่สุ่มห้าติดตาม CNT ที่ยาวเกินไป ท่อที่ยาวมากเกินไปอาจทำให้เกิดการพันกันของสารละลายและความหนาได้ง่าย เลือกรุ่น CNT ความยาวปานกลาง-ที่เหมาะกับซิลิคอนแอโนด

ให้ความสนใจกับตัวบ่งชี้การปนเปื้อนของโลหะ:แอโนดที่มีซิลิคอน-ไวต่อสิ่งเจือปนของโลหะ สิ่งเจือปนที่มากเกินไปอาจทำให้เซลล์หลุดออกมา-ได้ง่าย

จัดลำดับความสำคัญของการยืนยันขนาดเล็ก-:ขั้นแรกให้ทำการทดสอบตัวอย่าง-เป็นกลุ่มเล็กๆ ตรวจสอบความเข้ากันได้ของเพสต์ ลักษณะการเคลือบแผ่นอิเล็กโทรด ประสิทธิภาพของวงจร และข้อมูลความต้านทานภายใน จากนั้นจึงขยายขนาดเป็นการผลิตจำนวนมาก

ในฐานะผู้ผลิต CNT Conductive Paste ซานตง Tanfeng สามารถให้การสนับสนุนตัวอย่างขนาดเล็กสำหรับโครงการแอโนดที่ใช้ซิลิคอน-ได้ โดยอิงตามปริมาณซิลิกอนของลูกค้าและระบบที่ใช้น้ำ/น้ำมัน- โดยจะให้คำแนะนำการเลือกแบบกำหนดเป้าหมายและการอ้างอิงกระบวนการผลลัพธ์สำหรับการป้อนและการผสม ช่วยให้ลูกค้าหลีกเลี่ยงการแก้ไขจุดบกพร่องทางอ้อม

5. สรุปบทความฉบับเต็ม

เหตุผลหลักที่แอโนดที่ใช้ซิลิกอน-ให้ความสำคัญกับการวางสื่อกระแสไฟฟ้าของ CNT ก็คือ เครือข่ายหนึ่งมิติที่ยืดหยุ่นได้- จะช่วยแก้ปัญหาการแตกหักของการเชื่อมต่อที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการขยายตัวของอนุภาคซิลิคอน ทำให้ได้ปริมาณการเติมที่ต่ำ ในขณะเดียวกันก็รักษาสมดุลของการนำไฟฟ้าและความหนาแน่นของพลังงาน อย่างไรก็ตาม จะต้องตรงกับรุ่นของระบบที่เกี่ยวข้อง สำหรับสถานการณ์ที่มีซิลิคอนสูง- แนะนำให้ผสมกับสารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอื่นๆ และไม่ควรคัดลอกสารละลายกราไฟต์แอโนดโดยตรง

ความล้มเหลวของแอโนดที่มีซิลิคอน-มักไม่ได้เกิดจากตัววัสดุซิลิกอนทั้งหมด สารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงปริมาตรระหว่างการปั่นจักรยานได้หรือไม่นั้นเป็นสิ่งสำคัญ สารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของคาร์บอนแบล็กแบบดั้งเดิมถูกจำกัดโดย-กลไกการสัมผัสแบบจุดในระบบคาร์บอนซิลิคอน- มีปัญหาในการบรรลุวงจรชีวิตที่ยาวนาน สารสื่อกระแสไฟฟ้า CNT อาศัยโครงสร้างเครือข่ายหนึ่ง-มิติที่เป็นเอกลักษณ์ ได้กลายเป็นตัวเลือกหลักสำหรับอุตสาหกรรมซิลิคอน-แอโนดคาร์บอน ในระหว่างการเลือก อย่าดูเฉพาะตัวบ่งชี้เนื้อหาที่เป็นของแข็งเท่านั้น ประเมินความสามารถในการกระจายตัว ความหนืด สิ่งเจือปน และความเข้ากันได้ของระบบอย่างครอบคลุม

Shandong Tanfeng มีผลิตภัณฑ์เพสต์นำไฟฟ้า CNT-ข้อกำหนดเฉพาะหลายรายการ ซึ่งเหมาะสำหรับแอโนดที่มีซิลิคอน- และสามารถรองรับการพัฒนาแบบกำหนดเองได้ นอกจากนี้ยังประสานงานทางเทคนิคเกี่ยวกับกระบวนการผสมสารละลาย โดยเสนอบริการสนับสนุนที่สมบูรณ์แบบสำหรับสถาบัน R&D และผู้ผลิตแบตเตอรี่

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: แอโนดที่มีซิลิคอน-สามารถใช้เฉพาะสารเคลือบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า CNT ที่ไม่มีคาร์บอนแบล็คได้หรือไม่

ตอบ: ระบบ SiO/C ซิลิคอนปานกลาง-ต่ำสามารถทำเช่นนี้ได้ แต่สูตรทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่มีคาร์บอนแบล็กในปริมาณเล็กน้อยรวมกัน คาร์บอนแบล็คเติมเต็มช่องว่างระหว่างอนุภาค เพิ่มประสิทธิภาพเครือข่ายสื่อกระแสไฟฟ้าและลดต้นทุนการผสมสูตรโดยรวม

ถาม: CNT paste ที่ใช้สำหรับกราไฟท์แอโนดธรรมดาสามารถนำมาใช้กับแอโนดซิลิคอนที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบหลัก-ได้โดยตรงหรือไม่

ตอบ: ไม่แนะนำให้ใช้โดยตรง สูตรสารช่วยกระจายตัวสำหรับกราไฟต์แอโนดเพสต์อาจไม่เข้ากันกับระบบ CMC-SBR ซึ่งทำให้เกิดข้นและการตกตะกอนของสารละลายได้ง่าย จัดลำดับความสำคัญของสารนำไฟฟ้า CNT แบบน้ำ-ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับซิลิคอนแอโนด

ถาม: ปริมาณการเติมสารนำไฟฟ้า CNT โดยทั่วไปสำหรับซิลิคอน-แอโนดคาร์บอนคือเท่าใด

ตอบ: สำหรับ SiO/C ซิลิคอนแอโนด-คาร์บอน โดยทั่วไปปริมาณการเติม CNT ที่มีประสิทธิผลจะถูกควบคุมในช่วง 0.3-1.0% ยิ่งมีปริมาณซิลิกอนสูงเท่าใด ช่วงการเติมที่เหมาะสมที่สุดจำเป็นต้องได้รับการปรับเทียบใหม่ผ่านการทดลอง