Application du dispersant PVP dans l'industrie des batteries au lithium
Dispersant PVP pour le matériau de cathode des piles au lithium
La boue est très importante dans la production de batteries lithium-ion. 70% de la qualité de la batterie est liée à la qualité de la pièce polaire, et 70% de la qualité de la pièce polaire est liée à la qualité de la pâte. La fabrication de la pâte équivaut à la réalisation de 50% de la batterie, ce qui constitue le travail principal de la fabrication de la batterie. La pâte des batteries au lithium-ion est essentiellement composée de matière active, d'agent conducteur, de liant et de solvant. Dans la section de préparation de la pièce polaire, les trois processus de séchage du matériau, de sol et de pâte déterminent directement la qualité de la pâte.
Les matériaux de cathode des batteries au lithium-ion sont difficiles à disperser uniformément pendant le processus d'homogénéisation, et des dispersants doivent être ajoutés. Les matériaux cathodiques des batteries au lithium comprennent principalement l'oxyde de cobalt de lithium, l'oxyde de manganèse de lithium, le phosphate de fer de lithium, etc. En raison de leur faible conductivité, il est souvent nécessaire d'ajouter une quantité appropriée d'agent conducteur, tel que le graphène, dans le processus de préparation de la batterie, nanotube de carboneetc., afin d'améliorer la conductivité du matériau de la cathode.
Cependant, en raison de la petite taille des particules et de la grande surface spécifique des matériaux de cathode de batterie ultrafins, tels que le phosphate de fer lithié, il est difficile de les disperser uniformément pendant le processus d'homogénéisation, ce qui entraîne une viscosité élevée ou une faible teneur en matières solides de la suspension, ce qui rend le revêtement difficile, voire impossible, d'où l'importance du choix du dispersant pour la dispersion de la suspension de cathode de batterie au lithium-ion.
Le PVP est un dispersant idéal pour les boues de cathode des batteries lithium-ion. La structure moléculaire du PVP contient des groupes hydrophiles lactames polaires et des groupes lipophiles à longue chaîne C-C, qui peuvent être compatibles avec une variété de solvants, et peuvent être enduits à la surface des particules pour former un bon effet de dispersion grâce à l'encombrement stérique.
L'ajout d'une quantité appropriée de PVP à la boue de la cathode de la batterie peut améliorer de manière significative la dispersion de la boue, faisant passer la boue d'un fluide newtonien à un fluide non newtonien, la viscosité de la boue est stabilisée à un faible niveau, ce qui est bénéfique pour réduire l'impédance de la cathode et améliorer les performances de la batterie.
PVP comme adjuvant de traitement pour les matériaux auxiliaires des batteries au lithium-ion
L'agent conducteur à base de nanotubes de carbone peut améliorer la densité énergétique des batteries lithium-ion. La pâte conductrice est une suspension formée par la dispersion uniforme d'un agent conducteur dans un solvant, tandis que l'agent conducteur à base de nanotubes de carbone est une suspension formée par la dispersion de nanotubes de carbone en tant qu'agent conducteur dans un solvant de dispersion.
En tant que nouveau type d'agent conducteur pour les batteries lithium-ion, l'agent conducteur à base de nanotubes de carbone peut améliorer la conductivité électrique de la batterie, et la quantité ajoutée est 60%-70% inférieure à celle des agents conducteurs conventionnels à base de noir de carbone, tout en réduisant la quantité d'adhésif, ce qui peut améliorer de manière significative la densité énergétique des batteries lithium-ion.
Le PVP peut améliorer de manière significative les propriétés de dispersion des nanotubes de carbone dans l'eau, les solvants organiques et d'autres matrices. Les nanotubes de carbone sont légers, parfaitement connectés dans une structure hexagonale et possèdent de nombreuses propriétés mécaniques, électriques et chimiques inhabituelles. En raison de la forte force de van der Waals entre les tubes, les nanotubes de carbone forment des faisceaux ou s'enchevêtrent les uns dans les autres, ce qui entraîne une agglomération qui limite considérablement leurs applications mécaniques, thermiques et électriques.
Le PVP est un polymère amphiphile doté d'une structure particulière : le groupe pyrrolidone est un groupe hydrophile et la chaîne principale est un segment hydrophobe lié en C-C. Il est lipophile et peut donc être dissous dans l'eau ou dans des solvants organiques tels que l'alcool, l'acide carboxylique et les alcanes aminés. L'introduction du PVP, un polymère à structure amphiphile, à la surface des NTC peut améliorer de manière significative les propriétés de dispersion des NTC dans l'eau, les solvants organiques et d'autres matrices.
Le PVP K25 et le PVP K30 de poids moléculaire moyen ont le meilleur effet de dispersion sur les nanotubes de carbone multiparois, et la viscosité de la suspension est faible. Elle présente les caractéristiques d'un fluide quasi-newtonien, les particules de nanotubes de carbone multi-parois dispersées sont uniformes, la taille moyenne des particules est relativement petite et la stabilité est bonne.
En même temps, sa résistivité est également faible, sa capacité d'adsorption est plus élevée que celle du PVP K17 de faible poids moléculaire et du PVP K90 de poids moléculaire élevé, et il a un meilleur effet de modification de l'encombrement stérique sur la surface des nanotubes de carbone multiparois, de sorte que les nanotubes de carbone multiparois sont presque dispersés dans une racine unique et que le phénomène d'enchevêtrement est significativement réduit.
Analyse de la demande de dispersant PVP dans l'industrie des batteries au lithium
1. La demande annuelle de dispersant PVP pour l'agent conducteur de nanotubes de carbone augmente rapidement.
En 2025, la demande mondiale de dispersants PVP pour les agents conducteurs de nanotubes de carbone atteindra 7 375 tonnes. Selon l'analyse, chaque tonne d'agent conducteur de nanotubes de carbone nécessite l'ajout de 12,5 kg de PVP en tant que dispersant. Si tout le PVP est utilisé, la demande mondiale de dispersants PVP pour les agents conducteurs de nanotubes de carbone atteindra 1 975 tonnes en 2022 et 7 375 tonnes en 2025.
2. À l'avenir, la demande annuelle de PVP pour les batteries au lithium devrait atteindre 30 000 tonnes.
Les livraisons mondiales de batteries lithium-ion augmentent rapidement. Selon les données, en 2021, les livraisons mondiales de batteries lithium-ion s'élèveront à 562,4GWh, soit une augmentation substantielle de 91% d'une année sur l'autre. D'un point de vue structurel, les livraisons mondiales de batteries automobiles ont été de 371GWh, soit une augmentation de 134,7% en glissement annuel ; les livraisons de batteries de stockage d'énergie ont été de 66,3GWh, soit une augmentation de 132,6% en glissement annuel ; les livraisons de petites batteries 3C ont été de 125,1GWh, soit une augmentation de 16,1% en glissement annuel. Les entreprises apparentées peuvent se référer à Top 100 du lithium.
En 2025, la demande annuelle mondiale de PVP pour les batteries au lithium devrait atteindre 33 100 tonnes. On prévoit que les livraisons mondiales de batteries d'énergie atteindront 1550 GWh en 2025, et les livraisons de batteries de stockage d'énergie 476 GWh. Sur la base du taux de croissance élevé du nouveau marché de l'électronique grand public et de l'augmentation de la capacité unitaire de l'électronique grand public 3C traditionnelle, en supposant que le taux de croissance composé annuel moyen des livraisons de batteries lithium-ion pour l'électronique grand public soit de 10%, les livraisons atteindront 183,2GWh en 2025. Si vous vous intéressez aux batteries grand public, voici des informations connexes Fabricants de piles au lithium grand public 3C pour référence.
Selon l'analyse ci-dessus, en supposant que la quantité de PVP dans le domaine des batteries lithium-ion soit d'environ 15 tonnes pour 1GWh, la demande annuelle de PVP pour les batteries lithium atteindra 11 600 tonnes en 2022 et 33 100 tonnes en 2025.
