第 1 章: まず理解してください: カーボン ナノチューブ ペーストのろ過がなぜ非常に難しいのか?
リチウム電池の正極スラリーや導電性コーティングを扱ったことのある友人は、CNT が優れた導電性、低添加量、エネルギー密度を高める能力など、性能において本当に優れていることを知っています。{0}}しかし、生産ラインに入ると、特に濾過ステップでは、単なる頭の痛い問題になります。
典型的な症状: 新しく交換した 200 メッシュのフィルター スクリーンで、50 kg 未満のペーストを濾過した後、圧力計が 0.3 MPa 以上に上昇します。フィルタースクリーンは1日に10回以上交換されます。あるいは、単に直接「粉砕」され、ペーストが流れることができなくなります。
根本的な原因は次の 3 つです。
CNT のアスペクト比は非常に大きい (通常は 100-1000 以上)。ミクロンレベルの柔らかい棘が集まったようなもので、絡み合って「鳥の巣」のような形をしており、フィルター網の穴に入り込みやすいのです。
凝集物を完全に壊すことは困難です。ビーズミリングや高せん断分散後でも、数十マイクロメートルの CNT 凝集粒子が多数残り、これらの硬い塊がフィルターの孔を直接塞いでしまいます。-
ペースト系の粘度が高い。特にNMPを溶媒として使用する系では、固形分濃度が15%～20%になると粘度が数千センチポアズに達し、流動性が悪く、わずかな抵抗でもろ過不良を起こします。
第 2 章: 山東省丹峰はあなたを助けるために何ができるでしょうか?
濾過の難易度の問題を解決する上で、上流の CNT メーカーの技術力が過小評価されることがよくあります。研究開発能力を持つサプライヤーは、供給源からの濾過の負担を軽減するお手伝いをします。以下に、いくつかの注目すべき利点の側面を示します。
メリット1：分散しやすいCNT製品
分散の難易度は、メーカーごとに CNT によって大きく異なります。優れたメーカーはソースから最適化します。
チューブの直径とチューブの長さの制御:多層 CNT (MWCNT) は単層 CNT (SWCNT) よりも硬くて短いため、濾過が比較的容易です。- Shandong Tanfeng は、CVD プロセスにおける触媒システムの最適化 (鉄/コバルトのバイメタル触媒など) により、チューブの直径を 1 ～ 2 nm 以内、チューブの長さを特定の範囲内で正確に制御し、過度の絡み合いを低減します。
表面機能化処理:一部の大手メーカーは、CNT の表面改質を行って溶媒との界面適合性を高め、分散後のペーストの安定性を高め、再凝集を起こしにくくしています。{0}
事前に分散されたマスターバッチ:-事前に分散された導電性ペースト（CNT 含有量が 8～10% のマスターバッチ）を選択すると、粉末を購入して自分で分散する場合に比べて、濾過の難易度が 1 桁減少します。{0}
メリット2：ペースト配合のカスタマイズ対応
専門の CNT メーカーは粉末を販売するだけでなく、サポートする分散ソリューションも提供します。
分散剤システム:高性能分散剤（ポリビニルピロリドン-ベースの表面改質剤など）の開発。ゼータ電位制御により有機溶媒中での CNT の均一な懸濁と長期安定性を実現し、保管中の二次凝集を回避します。-
ソリッドコンテンツの最適化:優れた配合では、粘度を制御しながら 5% ～ 10% の高い固形分を達成できるため、濾過前に過度に希釈することなくコーティングプロセスに直接使用できます。
メリット3：不純物除去技術における特許の蓄積
濾過が困難になる隠れた理由は、ペーストに混入した磁性不純物の存在であり、これによりフィルタースクリーンの目詰まりが促進されます。技術的に有能な製造業者は、工場を出荷する前に不純物を最小限に抑えます。
Shandong Tanfeng は、統合された「磁気吸着 + ろ過」不純物除去装置を開発しました。これは、磁性ロッドを使用して磁性不純物 (鉄、コバルト、その他の触媒残留物など) を吸着し、フィルター コンポーネントを使用して粒子状不純物を遮断し、ソースからの下流のろ過の負担を軽減します。
また、CNT の非磁性の性質を利用して残留金属粒子を吸着して除去する、電磁石を備えたフィルター ディスク構造も開発しました。{0}
メリット4：品質管理・検査技術
その場で粒子サイズを特定するための特許取得済みの技術を所有しているため、CNT ペーストの分散が基準を満たしているかどうかを迅速に判断でき、工場から出荷される製品の一貫性が保証されます。{0}これは、受け取ったペーストの各バッチの濾過性能がより安定しており、良い場合と悪い場合とで変動しないことを意味します。
一文で言うと：技術的な専門知識を持つ CNT サプライヤーを選択すると、ろ過の問題の半分は効果的に解決されます。製品設計段階でその後の加工性を考慮しており、生産ラインでのスクリーンの詰まりの頻度を大幅に減らすことができます。
第 3 章: ろ過の問題を解決する 7 つの効果的な方法
方法 1: ろ過前に 1 回強制的に「解凝集」を行う-
多くのメーカーは分散と濾過を完全に分離しています。実際、フィルタの前にオンラインの高せん断乳化機または超音波プロセッサ（出力 2-3 kW、周波数 20 kHz）を直列に設置すると、保管中に再凝集した CNT を再び開くことができます。-このステップを追加した後、三元陰極材料工場はフィルター スクリーンの寿命を 2 時間から 8 時間に延長しました。
方法 2: 段階的なろ過、一度に実行しようとしない
200 メッシュのスクリーンから直接始めないでください。正しいアプローチは次のとおりです。
最初の段階:30 メッシュのステンレス鋼の粗ろ過により、大きな不純物や明らかな凝集物を遮断します。
第二段階：100メッシュの中間濾過。
第三段階：150～200メッシュの精密ろ過。
各段階の間にペーストに緩衝作用を持たせ、静圧を解放します。極めて高い清浄度が要求される製品の場合は、最終段階で250メッシュを使用しますが、この時点で方法3と調整する必要があります。
方法 3: 加熱と撹拌を同時に行う
温度：ペーストを 40-45 度に加熱します (NMP システムは沸点が高いため問題ありません。水ベースのシステムは 50 度を超えないようにしてください)。粘度は 30% ～ 40% 減少し、フィルター スクリーンの通過速度は大幅に増加します。
撹拌：CNT が固い泥に沈殿するのを防ぐために、フィルター入口の前端で低速の撹拌（30～60 rpm）を維持してください。-密閉圧力タンクを使用する場合は、底部に磁気結合スターラーを追加します。
方法 4: 別のタイプのろ過装置に切り替える
従来のバグフィルターやカートリッジフィルターは本質的に CNT ペーストに対して「不向き」です。推奨される代替案は次のとおりです。
真空ドラムフィルター:真空吸引に依存します。フィルターケーキはドラム表面に形成された後、自動的に掻き取られるため、継続的な目詰まりがありません。継続的な大規模生産に適しています。-
セルフ-フィルター:内部にスクレーパーまたは逆洗装置があり、10分ごとにフィルタースクリーン表面を自動的に洗浄します。初期投資は高額ですが、人件費とろ過材のコストで半年以内に回収可能です。
振動スクリーンフィルター:フィルター スクリーンに垂直または水平の振動を加え、メッシュの開口部に詰まった CNT を「振り落とし」てペーストに戻します。
方法5：CNTそのものの形態を調整する
上記の方法をすべて試しても失敗する場合は、原材料に問題がある可能性があります。この時点で、CNT サプライヤーに相談する必要があります -。チューブの長さが短く、アスペクト比が小さいバッチに切り替えることができるかどうかを確認するか、事前分散ペーストを直接購入できるかどうかを確認してください。-
方法6：「陽圧濾過」から「陰圧濾過」に変更する
正圧下では、差圧が大きくなるほど、CNT はより強く押し付けられ、フィルター スクリーンに深く埋め込まれます。真空ろ過（真空度-0.06～-0.08MPa）に切り替えると、より低いせん断力でペーストがフィルタスクリーンから吸引され、目詰まり速度が遅くなります。欠点は流量が限られていることであり、小規模および中規模のバッチに適しています。
方法 7: 「不完全なろ過」を受け入れ、下流を最適化する
一部のコーティングプロセスは、CNT ペースト内の数十マイクロメートルの柔らかい凝集に対して敏感ではありません (コーティングギャップが通常 100 マイクロメートルを超えるため)。コーティング前の金属不純物のオンライン除去を強化しながら (磁気ロッドまたは電磁フィルターを使用して)、濾過精度を 120 メッシュに適切に緩和することができます。これにより、コーティングヘッドの詰まりを防ぎ、濾過詰まりの問題を解決します。
第 4 章: 実際のケース: フィルター交換を 1 日に 15 回から 3 回に変更
昨年、私たちは中国南部の導電性ペーストの受託製造会社の診断を支援しました。同社の CNT ペースト（多層、固形分 12%、NMP システム）は 200 メッシュのフィルター カートリッジを使用していましたが、シフトごとに 15 ～ 18 回交換する必要があり、連続生産はほぼ不可能でした。-
次の 3 つの変更を加えました。
分散タンクの出口にインライン高せん断乳化剤を追加しました（フィルターに入る前に 1 回通過します）。
シングルステージの 200 メッシュを 50 メッシュの粗ろ過→ 120 メッシュ→ 200 メッシュに変更しました。-
ペーストを室温から４２度に加熱し、入口の撹拌を維持した。
3 日後、フィルターの交換頻度は 1 シフトあたり 3 回に減り、単一バッチのろ過時間は 4 時間から 1.5 時間に短縮されました。-総費用は20,000元未満でした。
追記:この工場はその後、もう 1 つのことを行いました - 彼らは別の CNT サプライヤーに切り替え、当社を選択しました。表面改質処理後は初期の分散状態が良くなり、濾過圧力はさらに約30％低下しました。これは、プロセスの最適化とサプライチェーンのアップグレードを同時に追求する必要があるという原則を裏付けています。
第 5 章: 一文でまとめる
CNT 導電性ペーストの濾過の難しさは、本質的に「長繊維 + 凝集 + 高粘度」という 3 つの要因が重なった結果です。単一の超微細フィルター画面ですべての問題が解決されるとは期待しないでください。-代わりに、「凝集物を開くための前処理、負荷を分散するための段階的濾過、粘度を下げるための温度制御と撹拌、そして必要に応じて装置の種類を変更する」という戦略を組み合わせて使用します。
同時に、適切な上流サプライヤーを選択することがプロセスを最適化する最善の方法であることを忘れないでください。技術的に有能な CNT メーカーは、製品設計段階でその後の濾過トラブルの 80% を節約できます。生産ラインでスクリーンの詰まりが発生した場合は、上記 7 つの方法のうち 2 ～ 3 つを選択して、同時に製品の選択についてサプライヤーと相談してください。通常、1 週間以内に大幅な改善が見られるはずです。