Aplicación del dispersante PVP en la industria de las baterías de litio

Dispersante de PVP para material catódico de baterías de litio

El lodo es muy importante en la producción de baterías de iones de litio. 70% de la calidad de la batería están relacionados con la calidad de la pieza de polo, y 70% de la calidad de la pieza de polo están relacionados con la calidad de la pasta. Hacer la pasta equivale a completar 50% de la batería, que es el trabajo central de la fabricación de baterías. La pasta de las baterías de iones de litio se compone básicamente de material activo, agente conductor, aglutinante y disolvente. En la sección de preparación de la pieza de polo, los tres procesos de secado del material, sol y pasta determinan directamente la calidad de la pasta.

Los materiales catódicos de las baterías de iones de litio son difíciles de dispersar uniformemente durante el proceso de homogeneización, por lo que es necesario añadir dispersantes. Los materiales catódicos de las baterías de litio incluyen principalmente óxido de cobalto de litio, óxido de manganeso de litio, fosfato de hierro de litio, etc., debido a su baja conductividad, en el proceso de preparación de la batería, a menudo es necesario añadir una cantidad adecuada de agente conductor, como el grafeno, nanotubo de carbonoetc., para mejorar la conductividad del material del cátodo.

Sin embargo, debido al pequeño tamaño de las partículas y a la gran superficie específica de los materiales ultrafinos de los cátodos de las baterías, como el fosfato de hierro y litio, es difícil dispersarlos uniformemente durante el proceso de homogeneización, lo que da lugar a una alta viscosidad o a un bajo contenido en sólidos de la lechada, lo que dificulta o incluso imposibilita el recubrimiento, por lo que la selección del dispersante es especialmente importante para la dispersión de la lechada de cátodos de baterías de iones de litio.

El PVP es un dispersante ideal para los lodos de cátodos de baterías de iones de litio. La estructura molecular del PVP contiene fuertes grupos hidrófilos lactámicos polares y grupos lipofílicos de cadena larga C-C, que pueden ser bien compatibles con una variedad de disolventes, y pueden recubrir la superficie de las partículas para formar un buen efecto de dispersión a través de impedimentos estéricos.

La adición de una cantidad adecuada de PVP a la lechada del cátodo de la batería puede mejorar significativamente la dispersión de la lechada, haciendo que la lechada cambie de un fluido newtoniano a un fluido no newtoniano, la viscosidad de la lechada se estabiliza a un nivel bajo, lo que es beneficioso para reducir la impedancia del cátodo y mejorar el rendimiento de la batería.

PVP como auxiliar de procesado para materiales auxiliares de baterías de iones de litio

El agente conductor de nanotubos de carbono puede mejorar la densidad energética de las baterías de iones de litio. La pasta conductora es una lechada formada por la dispersión uniforme de un agente conductor en un disolvente, mientras que el agente conductor de nanotubos de carbono es una lechada formada por la dispersión de nanotubos de carbono como agente conductor en un disolvente de dispersión.

Como nuevo tipo de agente conductor para baterías de iones de litio, el agente conductor de nanotubos de carbono puede mejorar la conductividad eléctrica de la batería, y la cantidad añadida es 60%-70% menor que la de los agentes conductores convencionales de negro de carbono, al mismo tiempo, se puede reducir la cantidad de adhesivo, lo que puede mejorar significativamente la densidad energética de las baterías de iones de litio.

El PVP puede mejorar significativamente las propiedades de dispersión de los nanotubos de carbono en agua, disolventes orgánicos y otras matrices. Los CNT son ligeros, están perfectamente conectados en una estructura hexagonal y poseen muchas propiedades mecánicas, eléctricas y químicas inusuales. Debido a la fuerte fuerza de Van der Waals entre los tubos, los nanotubos de carbono forman haces o se enredan entre sí, lo que provoca su aglomeración, que limita mucho sus aplicaciones mecánicas, térmicas y eléctricas.

El PVP es un polímero anfifílico con una estructura especial, el grupo pirrolidona es un grupo hidrofílico, y la cadena principal es un segmento hidrofóbico enlazado C-C, tiene lipofilia, por lo que puede disolverse en agua o disolventes orgánicos como alcohol, ácido carboxílico y alcanos aminados. La introducción de PVP, un polímero con estructura anfifílica, en la superficie de los CNT puede mejorar significativamente las propiedades de dispersión de los CNT en agua, disolventes orgánicos y otras matrices.

La PVP K25 y la PVP K30 de peso molecular medio tienen el mejor efecto de dispersión sobre los nanotubos de carbono de pared múltiple, y la viscosidad de la suspensión es baja. Presenta las características de un fluido casi newtoniano, las partículas dispersas de nanotubos de carbono multipared son uniformes, el tamaño medio de las partículas es relativamente pequeño y tiene buena estabilidad.

Al mismo tiempo, su resistividad también es baja, y su capacidad de adsorción es mayor que la del PVP K17 de bajo peso molecular y el PVP K90 de alto peso molecular, y tiene un mejor efecto de modificación del impedimento estérico en la superficie de los nanotubos de carbono multipared, de modo que los nanotubos de carbono multipared están casi dispersos en una sola raíz, y el fenómeno de enredo se reduce significativamente.

Análisis de la demanda de dispersante de PVP en la industria de baterías de litio

1. La demanda anual de dispersante de PVP para agente conductor de nanotubos de carbono crece rápidamente

En 2025, la demanda mundial de dispersantes de PVP para agentes conductores de nanotubos de carbono alcanzará las 7.375 toneladas. Según el análisis, cada tonelada de agente conductor de nanotubos de carbono necesita añadir 12,5 kg de PVP como dispersante, si se utiliza todo el PVP, la demanda mundial de dispersantes de PVP para agentes conductores de nanotubos de carbono alcanzará las 1.975 toneladas en 2022 y las 7.375 toneladas en 2025.

2. En el futuro, se espera que la demanda anual de PVP para baterías de litio alcance las 30.000 toneladas.

Los envíos globales de baterías de iones de litio están creciendo rápidamente. Según los datos, en 2021, el envío mundial total de baterías de iones de litio será de 562,4 GWh, lo que supone un aumento sustancial de 91% interanual. Desde un punto de vista estructural, los envíos globales de baterías de energía para automóviles fueron de 371GWh, un aumento interanual de 134,7%; El envío de baterías de almacenamiento de energía fue de 66,3GWh, un aumento interanual de 132,6%; el envío de baterías pequeñas 3C fue de 125,1GWh, un aumento interanual de 16,1%. Las empresas relacionadas pueden referirse a litio top 100.

En 2025, se espera que la demanda anual mundial de PVP para baterías de litio alcance las 33.100 toneladas. Se prevé que los envíos mundiales de baterías eléctricas alcancen los 1.550 GWh en 2025, y los de baterías de almacenamiento de energía, los 476 GWh. Teniendo en cuenta la elevada tasa de crecimiento del nuevo mercado de electrónica de consumo y el aumento de la capacidad unitaria de la electrónica de consumo 3C tradicional, suponiendo que la tasa media anual de crecimiento compuesto de los envíos mundiales de baterías de iones de litio para electrónica de consumo sea de 10%, los envíos alcanzarán los 183,2GWh en 2025. Si le interesan las baterías de consumo, aquí tiene información relacionada Fabricantes de pilas de litio para consumidores 3C como referencia.

Según el análisis anterior, suponiendo que la cantidad de PVP en el campo de las baterías de iones de litio sea de unas 15 toneladas para 1GWh, la demanda anual de PVP para baterías de litio alcanzará las 11.600 toneladas en 2022 y las 33.100 toneladas en 2025.