Introduction du noir de carbone conducteur de qualité pile au lithium

Qu'est-ce que le noir de carbone conducteur ?

Le noir de carbone est un agent conducteur traditionnel. D'une part, il peut participer directement à la construction de réseaux conducteurs à courte et longue portée dans les batteries au lithium, ce qui améliore considérablement les performances électriques des batteries ; d'autre part, sa surface spécifique plus élevée peut également avoir un certain effet d'adsorption sur l'électrolyte, par le biais de sa distribution pour affecter la distribution de l'électrolyte, améliorer l'infiltration de l'électrolyte et augmenter indirectement le taux de transmission des ions lithium.

Actuellement, le noir de carbone est utilisé en Chine depuis de nombreuses années. En raison de son coût élevé et de sa dispersion relativement simple, il s'agit de l'agent conducteur le plus répandu sur le marché. En 2021, l'application de l'agent conducteur du noir de carbone dans l'agent conducteur des batteries d'énergie en Chine représentera 60%.

L'agrégat est une structure tridimensionnelle en chaîne formée par la collision de particules primaires dans le four de craquage, et constitue la plus petite unité indivisible dans le processus de dispersion physique du noir de carbone. En raison des différents modes de collision des différents processus, les agrégats formés sont également grands ou petits, compacts ou lâches.

En général, plus l'agrégat est grand et plus sa forme est irrégulière, plus il y a d'air à l'intérieur, plus la valeur de la structure du produit est élevée et plus sa capacité à former un réseau conducteur dans la pièce polaire est forte. Cela se reflète dans l'indice de test, c'est-à-dire que plus la valeur d'absorption de l'huile est élevée, plus la valeur de la structure est élevée, et une valeur d'absorption de l'huile supérieure à 250 ml/100g est généralement exigée.

Plus la surface spécifique est grande, plus la surface de contact entre l'agent conducteur et les particules actives de l'électrode positive est importante, ce qui favorise le transport des électrons pendant le processus de charge et de décharge, mais la difficulté de dispersion augmente également et la stabilité du cycle diminue. Une teneur excessive en impuretés métalliques entraînera une autodécharge de la batterie et posera des problèmes de sécurité ; il est généralement exigé que la teneur en impuretés ne dépasse pas 20 ppm.

Le rôle du noir de carbone conducteur

1. La taille des particules est petite, la surface spécifique est grande et la conductivité des ions et des électrons est meilleure, ce qui favorise l'adsorption des électrolytes, améliore la conductivité des ions et joue un rôle dans l'absorption et la rétention des liquides.

2. Le noir de carbone a une structure de chaîne ramifiée formée par l'agglomération de particules primaires, qui peut former une structure conductrice en chaîne avec des matériaux actifs, augmenter les points de contact conducteurs et contribuer à améliorer la conductivité électronique du matériau.

3. le noir de carbone conducteur a lui-même une conductivité élevée, et une petite quantité d'ajout permet d'obtenir une conductivité élevée.

4. Avec une quantité ajoutée moindre, la batterie peut être remplie avec plus de substances actives, ce qui peut augmenter la capacité de la batterie.

5. Pendant le processus de charge et de décharge de la batterie, la résistance n'augmentera pas avec le changement de volume de la batterie, ce qui peut améliorer la stabilité de la batterie.

Les principaux types de noir de carbone conducteur

Le noir de carbone conducteur comprend principalement le noir d'acétylène, le Super P et le noir de Ketjen. L'industrie chinoise du noir de carbone compte de nombreuses petites usines et, dans le passé, les fabricants se sont principalement attachés à répondre aux besoins de développement de l'industrie des pneumatiques en aval du carbone commun et n'ont pas approfondi le domaine du noir de carbone spécial.

D'autre part, le marché du noir de carbone conducteur lithium-ion était relativement restreint dans le passé et les fabricants n'y accordaient pas suffisamment d'attention. En outre, les barrières techniques du noir de carbone conducteur de qualité batterie au lithium sont relativement élevées, et la recherche et le développement du réacteur central nécessitent une certaine accumulation technique. Par conséquent, à l'heure actuelle, l'agent conducteur chinois de noir de carbone de qualité batterie au lithium dépend essentiellement des importations.

Actuellement, les principaux noirs de carbone conducteurs pour batteries au lithium disponibles sur le marché sont le noir d'acétylène, le SP, le noir de Ketjen, etc., qui proviennent principalement d'entreprises telles que Hexing Chemical, Imerys (France) et Lion (Japon).

Différence entre le noir de carbone ordinaire et le noir de carbone de qualité pile au lithium

D'une part, la précision des équipements est différente. En principe, les lignes de production ne sont pas très différentes. Elles utilisent toutes de l'huile comme matière première, la brûlent dans un four et passent ensuite par une série de post-traitements. La grande différence réside dans l'équipement de traitement, tel que la conception de la tête du four, la tête du four de combustion dans la production de noir de carbone est très critique, y compris la buse d'injection d'huile dans la tête du four, etc. La précision de ces pièces est très importante.

Aucun composant précis n'est nécessaire pour produire du noir de carbone de caoutchouc. Les gouttelettes pulvérisées par la buse et atomisées n'ont pas besoin d'être uniformes ou très rugueuses ; mais la production de noir de carbone de lithium a de nombreuses exigences en matière de précision de l'équipement.

En revanche, le post-traitement est différent. Une fois le noir de carbone produit, il doit être cultivé pour obtenir une structure plus élevée. Ce processus réduit la productivité. Le noir de carbone de caoutchouc a une capacité de production de trois à cinq tonnes par heure ou par jour, tandis que le noir de carbone conducteur a une capacité de production de moins d'une tonne par heure, de sorte que le noir de carbone conducteur prend plus de temps à cultiver.

Ensuite, la production de noir de carbone conducteur doit traiter les ions métalliques, ce qui prendra beaucoup de temps, et il y aura des équipements auxiliaires pour l'aider à les traiter à un niveau très faible, alors que le noir de carbone de caoutchouc n'a pas besoin de traiter les ions métalliques.

Indice et relation de performance du noir de carbone conducteur

Les indicateurs du noir de carbone conducteur comprennent l'indice d'absorption de l'iode, l'indice d'absorption de l'huile, le volume spécifique apparent, la teneur en cendres, la résistivité, le pH, la taille des particules, la surface spécifique, l'humidité, les résidus de tamisage, les matières volatiles, les impuretés, etc. Toutefois, les indicateurs liés à sa conductivité sont principalement : la taille des particules, la valeur d'absorption de l'huile, la surface spécifique, les matières volatiles de surface, la teneur en cendres et l'humidité.

La relation entre la valeur d'absorption de l'huile et la conductivité : La valeur d'absorption d'huile représente le niveau de la structure agrégée du noir de carbone conducteur. En général, lorsque la valeur d'absorption d'huile est élevée, le noir de carbone conducteur a une structure en chaîne et la conductivité est meilleure. Par conséquent, le choix d'un noir de carbone conducteur ayant une bonne conductivité dépend du produit de noir de carbone ayant une valeur d'absorption d'huile élevée.

La relation entre la taille des particules et la conductivité : En théorie, plus la taille des particules est petite, plus il y a de particules par unité de volume, ce qui est bénéfique pour améliorer la conductivité, mais cela dépend également du type de produits dans lesquels le noir de carbone est utilisé, et il convient alors de faire un choix approprié.

Relation entre les matières volatiles de surface et la conductivité électrique : la matière volatile à la surface du noir de carbone est principalement composée de certains groupes organiques et du film d'huile qui n'a pas été complètement craqué, formant une couche isolante qui augmente la barrière de potentiel entre les particules de noir de carbone et affecte sérieusement la conductivité, de sorte que la matière volatile doit être contrôlée jusqu'à une limite inférieure.

La relation entre la surface spécifique et la conductivité électrique : L'indice de surface spécifique du noir de carbone conducteur est divisé en surface d'adsorption d'azote et en surface de CTAB, ces deux éléments affectant la conductivité du noir de carbone. Lors de la sélection du noir de carbone conducteur, il est généralement exigé que la différence entre la surface d'adsorption d'azote du noir de carbone et la surface de CTAB soit importante.

La relation entre les cendres, l'humidité et la conductivité électrique : la teneur élevée en cendres et en humidité du noir de carbone réduit en fait la teneur en noir de carbone conducteur, ce qui a également un effet négatif sur la conductivité électrique. Lors du choix du noir de carbone, il convient de veiller à contrôler la teneur en cendres et en eau du noir de carbone.

Taille du marché du noir de carbone conducteur

Le noir de carbone conducteur est appliqué à la technologie des batteries lithium-ion. Actuellement, Cabot aux États-Unis et Imerys en France sont en mesure d'utiliser le noir de carbone conducteur dans les batteries lithium-ion. À l'heure actuelle, les entreprises chinoises n'ont pas encore utilisé à grande échelle le noir de carbone conducteur dans les batteries lithium-ion. Compte tenu de la vacance du marché chinois, certaines entreprises chinoises en sont encore au stade de la recherche et du développement. À l'avenir, l'utilisation du noir de carbone conducteur chinois dans les batteries lithium-ion devrait permettre une percée.

Du point de vue de la taille du marché mondial du noir de carbone conducteur, la capacité de production du marché en 2021 est d'environ 32 000 tonnes, et d'ici 2025, avec l'expansion de la production par les principaux fabricants, la capacité de production devrait atteindre environ 100 000 tonnes. En 2021, la demande de l'industrie chinoise du noir de carbone conducteur sera de 16 400 tonnes, soit une augmentation de 76,34% d'une année sur l'autre. On s'attend à ce que le marché chinois maintienne une croissance rapide en 2022, et la demande devrait atteindre 28 600 tonnes.

Si vous souhaitez en savoir plus sur l'introduction d'autres agents conducteurs, veuillez vous référer à nanotube de carbone, matériau en graphène, matériaux pour batteries.