リチウム電池におけるカーボン ナノチューブ NMP- オイル- ベースのペーストと水- ベースの導電性ペーストの応用

カーボンナノチューブ導電性ペーストは、リチウム電池の電極作製に不可欠な導電性添加剤です。ペーストの溶剤ルートは、従来の NMP- ベースのオイル- ベースのシステムと、新興の水- ベースのシステムに分かれています。ますます多くの電池メーカーが調査を始めています: NMP 溶媒は完全に置き換えられるのでしょうか?リチウム電池分野における水ベースのシステムの実際の進歩はどうなっているのでしょうか?{5}}カーボン ナノチューブ導電性ペーストはどのプロセス ルートに適合する必要がありますか?世界的な VOC 規制と EU のバッテリー規制の実施に伴い、溶剤ルートの選択は生産ラインの計画と配合の反復における中心的な問題となっています。この記事は、大量生産の実践と組み合わせて、NMP の代替トレンド、水ベースのプロセスの現在の工業化状況を客観的に分析し、CNT 導電性ペーストの適応ソリューションを提供します。-

1. NMP 溶剤は長期的には代替の傾向にあるが、短期的には完全に排除することはできない-

環境規制と回収コストの制約により、NMP は継続的な交換の傾向に直面しています。ただし、高ニッケル NCM カソード材料の安定性によって制限されるため、1 回限りの完全な交換ではなく、中長期的には「油-ベースと水-ベースのルートが長期的に共存する」パターンが形成されます。-

NMP (N- メチルピロリドン) は PVDF バインダー システム専用の溶剤であり、従来の油-ベースの CNT 導電性ペーストの分散媒でもあります。 EU REACH 規制と国内の VOC 管理政策は両方とも、NMP を高懸念物質として挙げています。生殖毒性、回収装置への高額投資、原材料価格の変動などの問題により、業界は代替手段の模索を余儀なくされています。

しかし、工業化の現実も同様に明らかです。高ニッケル NCM 材料は、水と接触するとリチウムの抽出と遷移金属の溶解を起こしやすく、アルミニウム集電体を腐食させます。緻密性の高い厚い電極用の水性ペースト-は、電極シートに亀裂が入りやすくなります。-多くの大手電池会社は段階的な切り替え戦略を採用しています。アノードと LFP の生産ラインは水-ベースの変換を優先しますが、高ニッケル電力生産ラインは NMP- ベースの油-ベースのプロセスを維持します。

NMP-オイルベース-ベースのシステムと水-ベースのシステムの定量的比較

参照：エネルギー貯蔵科学技術業界のレビューと、第一次電池工場からの一般公開されているプロセス データ。-多くの企業が変換に失敗しているのは、油-ベースの CNT 導電性ペーストを水-ベースのシステムで直接使用しているため、凝集や沈殿が発生し、導電ネットワークの構築に失敗するためです。 Shandong Tanfeng は、両方のシステムに適した CNT 導電性ペーストを独自に開発しました。油ベースのペーストは水分インジケーターを厳密に制御します。 -水ベースのペーストは CNT 表面改質技術を使用して疎水性を向上させ、凝集のリスクを軽減します。

2. リチウム電池における水-システムの実際の適用状況

リチウム電池の負極の水ベースのプロセスは完全に普及しています。{0} LFP カソードは小規模な大量生産に普及しています。-高ニッケル NCM 正極の水-ルートはまだパイロットおよび小規模バッチ検証の段階にあり、大規模な工業化の前には技術的なブレークスルー サイクルがまだ必要です。-

2.1 水-ベースのアノード（グラファイト/シリコン-カーボンアノード）: 成熟した大規模アプリケーション-

グラファイト陽極には長い間 CMC+SBR 水ベースのシステムが広く採用されてきました-。また、水ベースの CNT 導電性ペーストも非常に広く使用されています-。従来のグラファイト陽極システムでは、水ベースのプロセスは技術的に安定しており、収率も制御可能です。家庭用エネルギー貯蔵電池と二輪車用電池の負極は、ほぼ完全に水ベースです-。

シリコン-炭素複合陽極のシナリオは明確に区別されます。通常のシリコン-炭素は水ベースのシステムを試すことができます。高-シリコン-含有量のアノードでは、シリコン粒子の加水分解とサイクル減衰を軽減するために、NMP-ベースのオイル-ベースの溶液が使用されることが多くなります。

2.2 水-ベースの LFP カソード: 安定した量産普及

LFP は優れた化学的安定性と優れた耐加水分解性を備えているため、水ベースのカソード プロセスの最適なエントリーポイントとなります。{0}}多くのエネルギー貯蔵電池メーカーは、新しい生産ライン向けに水-専用の CNT 導電性ペーストと組み合わせた水ベースの正極ソリューションを直接計画しており、NMP 設備への投資と環境運用およびメンテナンスのコストを効果的に削減します。-現在の制約は、厚膜電極シートの乾燥プロセスと電極シートの柔軟性の制御に集中しています。

2.3 水-ベースの高-ニッケル NCM カソード: まだ量産されていません

高ニッケル NCM 材料は高い化学活性を持っています。{0}水と接触すると副反応が発生し、スラリーのアルカリ度の急激な上昇、アルミ箔の腐食、電池サイクル寿命の低下を引き起こします。現在、業界では主に材料コーティング、pH 緩衝添加剤、新しい水ベースのバインダーによって欠陥を軽減していますが、全体的な収率とサイクル寿命は依然として成熟した NMP ルートに匹敵するものではありません。-ハイエンドの乗用車用電源バッテリーは、当分の間、すぐに水ベースの正極に切り替わることはありません。-

水ベースのプロセスの中核的な問題点-

CNT の疎水性は、通常の粉末が直接水に入ると非常に容易に凝集することを意味します。カスタマイズされた水ベースの CNT 導電性ペーストを使用する必要があります。-

水の表面張力が高いため、厚くコーティングされた電極シートは不均一な乾燥、ひび割れ、材料の脱落が発生しやすくなります。{0}}

スラリーのレオロジーは温度と pH の影響を受けやすく、生産制御範囲が狭いです。

Shandong Tanfeng は、水{0}}水ベースのリチウム電池シナリオに合わせて水ベースの CNT 導電性ペースト配合を最適化しました。{1}

3. カーボンナノチューブ導電性ペーストと溶媒ルートをどのように適合させるか?実践的な選択ガイド

溶媒経路が決定したら、それに応じて CNT 導電性ペースト システムを適合させる必要があります。油性-ベースと水性-ベースのペーストを任意に混合することは禁止されています。ペーストの適合性システムを原料メーカーに確認することを優先してください。

シナリオ 1: 生産ラインでは NMP- ベースのオイル- ベースのプロセスが維持されています（三元電源、高-ニッケル電池、高-シリコン陽極）

推奨：NMP- ベースのオイル- ベースの CNT 導電性ペースト。

利点:CNT は完全に分散されており、ペーストの保存は安定しており、PVDF バインダーとの互換性があり、あらゆる種類のカソード材料に適しており、導電ネットワークは安定して機能します。 Shandong Tanfeng のオイル-ベースの CNT 導電性ペーストは、水分を厳密に管理し、PVDF のゲル化を避けるために 1500 ppm 以下に抑えているため、4680 個の大型円筒形および高レート電力バッテリーの量産に適しています。-

シナリオ 2: 生産ラインは水ベースのルートを計画しています (エネルギー貯蔵 LFP、グラファイト アノード、帯電防止コーティング)-

推奨：水-ベースの CNT 導電性ペースト。

表面{0}}改質リチウム-バッテリー-専用グレードを選択する必要があります。お客様は CNT パウダーを直接水に分散させないでください。 Shandong Tanfeng の水ベースの CNT 導電性ペースト-は、自社開発の分散システムを使用しているため、顧客は追加で大量の分散剤を購入する必要がありません。- CMC/SBR 水-ベースのバインダー システムと互換性があり、エネルギー貯蔵電池のコスト削減と環境に優しい生産ニーズを満たします。

よくある選択の間違い

「水ベースのペーストのほうが安い」と信じて、プロセスのデバッグ コストや歩留まりの損失を無視して、やみくもに生産ラインを改修します。

油-ベースの CNT 導電性ペーストを水-ベースの混合タンクに直接添加すると、スラリーの凝集と廃棄が発生します。

通常の CNT パウダーを水系で使用すると、分散が不十分になり、添加量が増加し、内部抵抗が高くなります。{0}}

4. 産業ルート開発の予測と工場での実装に関する推奨事項

短期 (3-5 年) では、石油-ベースの NMP システムと水-システムが並行して開発されるでしょう。エネルギー貯蔵と低速輸送用バッテリー-により、水ベースへの転換が加速しています。-ハイエンド乗用車用バッテリーは依然として主に石油ベースのプロセスを使用しています。-新しい生産ラインでは、デュアルライン互換性の変換スペースを確保することをお勧めします。

製剤のアップグレードや生産ラインのアップグレードを計画している新エネルギー企業は、次の実装アイデアを参照できます。

製品のポジショニングの差別化:エネルギー貯蔵と LFP に焦点を当てた製品の場合は、水ベースのルートを優先し、水ベースの CNT 導電性ペースト サンプルを使用します。{0}{1}{1}ハイエンドのハイ-ニッケル電力-とハイ-シリコンアノードについては、NMP-ベースの石油-ベースのシステムを短期的に最適化し続けます。

同時材料試験:溶媒ルートを変更する場合、バインダーと CNT 導電性ペーストは同時に勾配試験を受ける必要があります。単一の原材料だけを変更すべきではありません。

事前に正规ペーストメーカーと連絡を取ってください。ペーストの安定性、電極の抵抗率、セルサイクル性能を検証するには、対応するシステムの少量のサンプルをリクエストしてください。

Shandong Tanfeng New Materials は、CNT 導電性ペーストの専門メーカーとして、MWCNT と FWCNT のカテゴリーをカバーする、NMP- ベースの油性 CNT 導電性ペースト-と水性 CNT 導電性ペースト-を同時に大量生産しています。お客様のバッテリー システムと既存の生産ラインの溶媒ルートに基づいて、サンプル テストと分散プロセス ガイダンスを提供し、CNT 導電性ペーストの選択、ペーストの適合性、分散凝集の問題に対するワンストップ ソリューションを提供できます。-