Chương 1: Đầu tiên, hãy hiểu: Tại sao bột ống nano carbon lại khó lọc đến vậy?
Những người bạn đã từng làm việc với lớp phủ hoặc lớp phủ dẫn điện cực âm của pin lithium đều biết rằng CNT thực sự có hiệu suất xuất sắc - tính dẫn điện tốt, lượng bổ sung thấp và khả năng tăng mật độ năng lượng. Tuy nhiên, một khi đã lên dây chuyền sản xuất, đặc biệt là ở bước lọc thì quả thực là đau đầu.
Triệu chứng điển hình: Màn lọc 200 lưới mới thay, sau khi lọc dưới 50 kg bột nhão, đồng hồ đo áp suất tăng vọt lên trên 0,3 MPa; màn lọc được thay thế hơn mười lần một ngày; hoặc đơn giản là nó trực tiếp bị "nghiền nát" và hỗn hợp không thể chảy ra.
Có ba nguyên nhân gốc rễ:
Tỷ lệ khung hình của CNT cực kỳ lớn (thường là 100{2}}1000 trở lên). Chúng giống như một chùm gai mềm cỡ micron, đan xen vào nhau tạo thành hình dạng “tổ chim”, dễ mắc kẹt trong các lỗ rỗng của màn lọc.
Chất kết tụ rất khó để phá vỡ hoàn toàn. Ngay cả sau khi nghiền hạt hoặc phân tán lực cắt-cao, vẫn còn một số lượng lớn các hạt kết tụ CNT có kích thước hàng chục micromet và những cục cứng này trực tiếp chặn các lỗ lọc.
Độ nhớt của hệ thống dán cao. Đặc biệt trong các hệ thống sử dụng NMP làm dung môi, khi hàm lượng chất rắn là 15% -20%, độ nhớt có thể đạt tới vài nghìn centipoise, độ lưu động kém và ngay cả điện trở nhỏ cũng sẽ khiến quá trình lọc bị hỏng.
Chương 2: Shandong Tanfeng có thể làm gì để giúp bạn?
Để giải quyết vấn đề khó khăn trong quá trình lọc, năng lực kỹ thuật của nhà sản xuất CNT thượng nguồn thường bị đánh giá thấp. Một nhà cung cấp có khả năng nghiên cứu và phát triển có thể giúp bạn giảm bớt gánh nặng lọc từ nguồn. Dưới đây là một số khía cạnh lợi thế đáng chú ý:
Ưu điểm 1: Sản phẩm CNT dễ phân tán hơn
Độ khó phân tán rất khác nhau giữa các CNT được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau. Nhà sản xuất tốt sẽ tối ưu hóa từ nguồn:
Kiểm soát đường kính ống và chiều dài ống:CNT nhiều vách (MWCNT) cứng hơn và ngắn hơn CNT- vách đơn (SWCNT), giúp quá trình lọc tương đối dễ dàng hơn. Thông qua tối ưu hóa hệ thống xúc tác trong quy trình CVD (chẳng hạn như chất xúc tác lưỡng kim sắt/coban), Shandong Tanfeng có thể kiểm soát chính xác đường kính ống trong vòng 1-2 nm và chiều dài ống trong một phạm vi cụ thể, giảm sự vướng víu quá mức.
Xử lý chức năng bề mặt:Một số nhà sản xuất hàng đầu thực hiện sửa đổi bề mặt của CNT để nâng cao khả năng tương thích bề mặt của chúng với dung môi, làm cho hỗn hợp nhão ổn định hơn sau khi phân tán và ít có xu hướng tái kết tụ.
Masterbatch được-phân tán trước:Việc chọn một-chất dán dẫn điện được phân tán trước (masterbatch có hàm lượng CNT 8-10%) sẽ giảm bớt độ khó của quá trình lọc so với việc mua bột và tự phân tán nó.
Ưu điểm 2: Khả năng tùy chỉnh của công thức dán
Các nhà sản xuất CNT chuyên nghiệp không chỉ bán bột mà còn cung cấp các giải pháp phân tán hỗ trợ:
Hệ thống phân tán:Phát triển các chất phân tán-hiệu suất cao (chẳng hạn như chất biến tính bề mặt dựa trên polyvinylpyrrolidone-) để đạt được huyền phù đồng nhất và độ ổn định-lâu dài của CNT trong dung môi hữu cơ thông qua việc điều chỉnh điện thế Zeta, tránh sự kết tụ thứ cấp trong quá trình bảo quản.
Tối ưu hóa nội dung vững chắc:Một công thức tốt có thể đạt được hàm lượng chất rắn cao từ 5%-10% với độ nhớt có thể kiểm soát được, cho phép sử dụng trực tiếp trong quy trình phủ mà không cần pha loãng quá mức trước khi lọc.
Ưu điểm 3: Tích lũy bằng sáng chế trong công nghệ loại bỏ tạp chất
Một lý do tiềm ẩn gây ra khó khăn trong quá trình lọc là sự hiện diện của các tạp chất từ tính trộn vào bột nhão, làm tăng tốc độ tắc nghẽn màn lọc. Nhà sản xuất có năng lực về mặt kỹ thuật sẽ kiểm soát tạp chất ở mức tối thiểu trước khi rời khỏi nhà máy:
Shandong Tanfeng đã phát triển một thiết bị loại bỏ tạp chất "hấp phụ + lọc từ tính" tích hợp, sử dụng thanh từ tính để hấp thụ các tạp chất từ tính (như sắt, coban và cặn xúc tác khác), sau đó sử dụng các bộ phận lọc để chặn các tạp chất dạng hạt, giảm gánh nặng lọc sau nguồn từ nguồn.
Công ty cũng đã phát triển cấu trúc đĩa lọc có nam châm điện, tận dụng-bản chất không từ tính của CNT để hấp thụ và loại bỏ các hạt kim loại còn sót lại.
Ưu điểm 4: Công nghệ kiểm tra và kiểm soát chất lượng
Việc sở hữu công nghệ được cấp bằng sáng chế về-nhận dạng kích thước hạt tại chỗ có thể nhanh chóng xác định liệu độ phân tán của bột CNT có đáp ứng tiêu chuẩn hay không, đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm khi rời khỏi nhà máy. Điều này có nghĩa là hiệu suất lọc của từng mẻ dán bạn nhận được sẽ ổn định hơn và không bị dao động giữa tốt và xấu.
Trong một câu:Lựa chọn nhà cung cấp CNT có chuyên môn kỹ thuật sẽ giải quyết hiệu quả một nửa bài toán lọc. Họ xem xét khả năng xử lý tiếp theo ở giai đoạn thiết kế sản phẩm, điều này có thể làm giảm đáng kể tần suất tắc màn hình trên dây chuyền sản xuất của bạn.
Chương 3: 7 phương pháp hiệu quả để giải quyết khó khăn trong lọc
Phương pháp 1: Buộc "Khử{1}}tích tụ" một lần trước khi lọc
Nhiều nhà sản xuất tách biệt hoàn toàn sự phân tán và lọc. Trên thực tế, việc cài đặt nối tiếp một bộ xử lý siêu âm hoặc bộ nhũ hóa-cắt tốc độ cao trực tuyến (công suất 2-3 kW, tần số 20 kHz) trước khi bộ lọc có thể mở lại các CNT đã kết tụ lại trong quá trình bảo quản. Sau khi thêm bước này, một nhà máy sản xuất vật liệu catốt ba cực đã kéo dài tuổi thọ của màn lọc từ 2 giờ lên 8 giờ.
Phương pháp 2: Lọc theo giai đoạn, đừng cố thực hiện trong một bước
Đừng bắt đầu trực tiếp với màn hình 200 lưới. Cách tiếp cận đúng là:
Giai đoạn đầu tiên:Lọc thô bằng thép không gỉ 30 lưới để chặn các tạp chất lớn và các chất kết tụ rõ ràng.
Giai đoạn thứ hai:Lọc trung gian 100 lưới.
Giai đoạn thứ ba:Lọc mịn 150-200 lưới.
Cho phép dán có một bộ đệm và giải phóng áp suất tĩnh giữa mỗi giai đoạn. Nếu sản phẩm yêu cầu độ sạch cực cao thì sử dụng lưới 250 ở công đoạn cuối, nhưng phải phối hợp Phương pháp 3 ở thời điểm này.
Cách 3: Đun nóng và khuấy đều
Nhiệt độ:Đun nóng hỗn hợp đến 40-45 độ (hệ thống NMP không gặp vấn đề gì do nhiệt độ sôi cao; hệ thống dùng nước không được vượt quá 50 độ ). Độ nhớt sẽ giảm 30% -40% và tốc độ đi qua màn lọc sẽ tăng đáng kể.
Khuấy:Duy trì tốc độ khuấy-thấp (30-60 vòng/phút) ở đầu phía trước của đầu vào bộ lọc để ngăn CNT lắng xuống bùn cứng. Nếu sử dụng bình áp suất kín thì lắp thêm máy khuấy ghép từ ở phía dưới.
Phương pháp 4: Chuyển sang loại thiết bị lọc khác
Các bộ lọc túi hoặc bộ lọc hộp mực thông thường vốn đã “không thân thiện” với việc dán CNT. Các lựa chọn thay thế được đề xuất bao gồm:
Bộ lọc trống chân không:Dựa vào lực hút chân không. Sau khi hình thành trên bề mặt trống, bánh lọc sẽ tự động được cạo sạch nên không bị tắc liên tục. Thích hợp cho việc sản xuất-quy mô lớn liên tục.
Bộ lọc tự làm sạch:Có thiết bị cạo hoặc rửa ngược bên trong giúp tự động làm sạch bề mặt màn lọc 10 phút một lần. Khoản đầu tư ban đầu cao nhưng chi phí có thể được thu hồi từ lao động và vật liệu lọc trong vòng sáu tháng.
Bộ lọc màn hình rung:Gây rung động theo chiều dọc hoặc chiều ngang cho màn lọc, làm cho các CNT bị kẹt trong các lỗ lưới "rung chuyển" trở lại lớp dán.
Phương pháp 5: Tự điều chỉnh hình thái của CNT
Nếu tất cả các phương pháp trên đã được thử mà vẫn không thành công thì vấn đề có thể nằm ở nguyên liệu thô. Tại thời điểm này, bạn cần trao đổi với nhà cung cấp CNT của mình - để xem liệu bạn có thể chuyển sang lô có chiều dài ống ngắn hơn và tỷ lệ khung hình nhỏ hơn hay trực tiếp mua-bột dán được phân tán trước.
Cách 6: Thay đổi từ “Lọc áp suất dương” thành “Lọc áp suất âm”
Dưới áp suất dương, chênh lệch áp suất càng lớn thì CNT càng bị ép chặt và chúng càng bám sâu vào màn lọc. Chuyển sang lọc chân không (độ chân không -0,06 đến -0,08 MPa), bột nhão được hút qua màn lọc với lực cắt thấp hơn và tốc độ tắc nghẽn chậm lại. Nhược điểm là tốc độ dòng chảy hạn chế, phù hợp với lô vừa và nhỏ.
Phương pháp 7: Chấp nhận "Lọc chưa hoàn chỉnh" và tối ưu hóa hạ lưu
Một số quy trình phủ không nhạy cảm với các chất kết tụ mềm có kích thước hàng chục micromet trong hồ CNT (vì khe hở lớp phủ thường trên 100 micromet). Bạn có thể giảm độ chính xác của quá trình lọc xuống 120 lưới một cách thích hợp, đồng thời tăng khả năng loại bỏ tạp chất kim loại trực tuyến trước khi phủ (sử dụng thanh từ hoặc bộ lọc điện từ). Điều này đảm bảo đầu phủ không bị tắc đồng thời giải quyết vấn đề kẹt màng lọc.
Chương 4: Một trường hợp thực tế: Từ thay đổi bộ lọc 15 lần một ngày đến 3 lần
Năm ngoái, chúng tôi đã giúp một nhà sản xuất hợp đồng dán dẫn điện ở Nam Trung Quốc tiến hành chẩn đoán. Miếng dán CNT của họ (nhiều-thành, hàm lượng chất rắn 12%, hệ thống NMP) sử dụng hộp lọc 200 lưới và họ phải thay hộp mực này 15-18 lần mỗi ca, khiến việc sản xuất liên tục gần như không thể.
Chúng tôi đã thực hiện ba thay đổi:
Đã thêm chất nhũ hóa cắt-cao{1}}trong dòng ở đầu ra của bể phân tán (đi qua một lần trước khi vào bộ lọc).
Đã thay đổi quá trình lọc thô-giai đoạn 200 lưới thành 50 lưới → 120 lưới → 200 lưới.
Đun nóng hỗn hợp từ nhiệt độ phòng đến 42 độ và duy trì khuấy ở đầu vào.
Ba ngày sau, tần suất thay bộ lọc giảm xuống còn 3 lần mỗi ca và thời gian lọc một đợt-giảm từ 4 giờ xuống còn 1,5 giờ. Tổng chi phí chưa tới 20.000 RMB.
Ghi chú bổ sung:Nhà máy này sau đó đã làm thêm một điều nữa là - họ đã chuyển sang nhà cung cấp CNT khác và chọn chúng tôi. Sau khi xử lý biến đổi bề mặt, trạng thái phân tán ban đầu tốt hơn và áp suất lọc giảm thêm khoảng 30%. Điều này khẳng định một nguyên tắc: tối ưu hóa quy trình và nâng cấp chuỗi cung ứng phải được theo đuổi đồng thời.
Chương 5: Tóm Tắt Trong Một Câu
Khó khăn trong việc lọc keo dẫn điện CNT thực chất là kết quả của sự chồng chất của 3 yếu tố: “sợi dài + độ kết tụ + độ nhớt cao”. Đừng mong đợi một màn hình lọc cực-có thể giải quyết được mọi vấn đề. Thay vào đó, hãy sử dụng chiến lược kết hợp "tiền xử lý để mở các chất kết tụ, lọc theo giai đoạn để chia sẻ tải, kiểm soát nhiệt độ và khuấy để giảm độ nhớt và thay đổi loại thiết bị nếu cần thiết."
Đồng thời, đừng quên rằng việc lựa chọn đúng nhà cung cấp thượng nguồn là cách tối ưu hóa quy trình tốt nhất. Một nhà sản xuất CNT có năng lực về mặt kỹ thuật có thể giúp bạn tiết kiệm 80% những rắc rối về lọc sau này ở giai đoạn thiết kế sản phẩm. Nếu dây chuyền sản xuất của bạn đang bị tắc màn hình, trước tiên hãy thử chọn 2-3 trong 7 phương pháp trên, đồng thời trao đổi với nhà cung cấp của bạn về việc lựa chọn sản phẩm. Bạn thường sẽ thấy sự cải thiện đáng kể trong vòng một tuần.