Применение технологии газовой адсорбции в производстве проводящих паст

 

     Проводящая паста — это специальный функциональный материал, обладающий как проводящими, так и связующими свойствами, широко используемый в батареях новой энергии, фотоэлектрической, электронной, химической промышленности, полиграфии, военной и авиационной и других областях. Проводящая паста в основном включает проводящую фазу, связующую фазу и органический носитель, из которых проводящая фаза является ключевым материалом проводящей пасты, определяющим электрические свойства пасты и механические свойства после образования пленки.

      Обычно используемые материалы проводящей фазы включают металл, оксид металла, углеродные материалы, проводящие полимерные материалы и т. д. Установлено, что физические параметры, такие как удельная поверхность, размер пор и истинная плотность материалов проводящей фазы, оказывают важное влияние на проводимость и механические свойства суспензии. Поэтому особенно важно точно охарактеризовать физические параметры, такие как удельная площадь поверхности, распределение пор по размерам и истинная плотность материалов проводящей фазы, на основе технологии газовой адсорбции. Кроме того, точная настройка этих параметров может оптимизировать проводимость паст для удовлетворения требований различных применений.

 

01 Знакомство с проводящей пастой

  В зависимости от фактического применения разные типы проводящей пасты не одинаковы, обычно в зависимости от разных типов проводящей фазы их можно разделить на проводящую пасту: неорганическую проводящую пасту, органическую проводящую пасту и композитную проводящую пасту. Неорганическая проводящая паста делится на металлический порошок и неметаллический два вида металлического порошка, в основном золото, серебро, медь, олово и алюминий и т. д., неметаллическая проводящая фаза представляет собой в основном углеродные материалы. Органическая проводящая паста в проводящей фазе представляет собой в основном проводящие полимерные материалы, которые имеют меньшую плотность, более высокую коррозионную стойкость, лучшие пленкообразующие свойства и в определенном диапазоне регулируемую проводимость и так далее. Проводящая паста композитной системы в настоящее время является важным направлением исследований проводящей пасты, цель которого состоит в том, чтобы объединить преимущества неорганической и органической проводящей пасты, органической комбинации неорганической проводящей фазы и органического материала, поддерживающего тело, в полной мере раскрыть преимущества обоих.

  Проводящая фаза как основная функциональная фаза в проводящей пасте, обеспечивающая электрический путь и достигающая электрических свойств, ее удельная поверхность, размер пор и истинная плотность, а также другие физические параметры оказывают большее влияние на ее проводящие свойства.

  Удельная площадь поверхности : размер удельной поверхности является ключевым фактором, влияющим на проводимость. В определенном диапазоне большая удельная площадь поверхности обеспечивает больше путей электронной проводимости, уменьшая сопротивление и делая проводящую пасту более проводящей. Высокая проводимость имеет решающее значение во многих приложениях, например, в электронных устройствах, для обеспечения эффективной проводимости цепей.

  Размер пор : Выбор размера пор оказывает существенное влияние как на электронную проводимость, так и на диффузию ионов. Проводящие фазы с меньшим размером пор могут снизить скорость диффузии ионов, что может быть выгодно в некоторых аккумуляторных приложениях, обеспечивая более высокие скорости зарядки и разрядки. Однако слишком малый размер пор может также привести к затруднению электронной проводимости. Поэтому размер апертуры необходимо тщательно выбирать в зависимости от конкретных требований применения.

  Истинная плотность : Истинная плотность отражает, насколько близко друг к другу расположены атомы или молекулы проводящей фазы. Более высокие истинные плотности обычно указывают на более компактную структуру, которая облегчает электронную проводимость. Материалы с более высокой истинной плотностью, такие как металлы или оксиды металлов, часто используются в приложениях, требующих высокой электропроводности.

Поэтому в процессе исследований и разработок вышеуказанные физические параметры точно характеризуются, чтобы гарантировать, что приготовленные проводящие пасты обладают необходимой электронной проводимостью, механическими свойствами и стабильностью. Ниже приводится подробное описание тематического исследования по характеристике адсорбционных свойств паст с различными проводящими фазами.

 

02 Характеристики адсорбции металлической проводящей пасты

   Металлические проводящие пасты включают драгоценные металлы Au, Ag, Pd, Pt и т. д., недрагоценные металлы Cu, Ni, Al и т. д. Проводящие пасты Au имеют отличные характеристики, но дороги, чтобы снизить стоимость общего использования. серебряного порошка, серебро на керамической поверхности имеет сильную адгезию, может образовываться на поверхности керамики сплошной плотный равномерный тонкий слой серебряных электродов имеет большую емкость, чем другие материалы электродов, но серебро под действием электрического тока Поле будет вызывать миграцию электронов, уменьшая проводимость и тем самым влияя на жизнь. По сравнению с другими проводящими пастами на металлической основе медный порошок недорогой и обладает превосходными проводящими свойствами, но его недостатком является то, что медь химически активна и легко окисляется, что приводит к увеличению удельного сопротивления.

  Медный порошок и серебряный порошок как обычная и важная проводящая паста, сопротивление спеченной пленки, адгезия и уплотнение, а также другие важные параметры в определенной степени зависят от морфологии частиц, дисперсии, размера частиц и свойств удельной поверхности. Профессор Л. В. Минг обнаружил, что чем меньше размер частиц, тем больше удельная площадь поверхности и, следовательно, тем больше удельная поверхностная энергия и тем ниже температура плавления, что способствует затвердеванию порошков наносеребра в серебряных пастах при более низких температурах спекания. и может использоваться в определенных сценариях, чувствительных к температуре. Серия тестеров удельной площади поверхности EASY-V компании CIQTEK использовалась для определения удельной поверхности порошков меди и серебра, и результаты составили 2,71 м ² /г и 1,59 м ² /г соответственно (рис. 1 и 2), при этом точки выбора P/P0 находились в диапазоне от 0,05 до 0,30, линейное соответствие ＞0,999, и все точки пересечения были положительными, что указывало на то, что результаты испытаний были точными и надежными, а также на то, что прибор имеет высокую степень автоматизации, прост и удобен в эксплуатации, и имел высокую эффективность тестирования. Он прост и удобен в эксплуатации, а эффективность тестирования высока.

 

Рис. 1 Результаты испытаний удельной поверхности медного порошка

 

Рис. 2. Результаты испытаний удельной поверхности серебряного порошка.

 

03 Характеристика адсорбционных свойств проводящих паст на основе углерода

  Углеродная проводящая паста обычно представляет собой углеродную сажу, графен, углеродные нанотрубки и т. д. Она в основном используется в качестве проводящего агента для материалов положительных и отрицательных электродов в батареях, что является одним из ключевых вспомогательных материалов для батарей. Проводящий агент может позволить электронам свободно перемещаться между положительным и отрицательным электродами и коллектором. Эффективный проводящий агент должен быть равномерно прикреплен к материалам положительного и отрицательного электрода, чтобы сформировать трехмерную сетчатую структуру, обеспечивающую плавное течение тока.

  Углеродная сажа представляет собой проводящий агент для частиц с точечным контактом, с определенной степенью адгезии, но без направленности. Нелегко сформировать сетевой путь, обычно используют сажу с большой удельной площадью поверхности, используют частицы сажи небольшого размера, более частицы на единицу объема легко контактируют друг с другом, образуя сетевой путь. Графен представляет собой листовой проводящий агент с поверхностным или линейным контактом, графен имеет большую удельную площадь поверхности, и легко образовывать больше SEI и поглощать ионы лития при добавлении к отрицательному электроду (за исключением микронного кремния с покрытием), поэтому обычно он добавлен к положительному электроду для улучшения кратности и низкотемпературных характеристик. Проводящие агенты из углеродных нанотрубок являются волокнистыми и пластичными как по длине, так и по ширине, что облегчает их встраивание в сети. Углеродные нанотрубки используются в качестве проводящего агента в аккумуляторной промышленности. Преимущество заключается в том, что количество добавок по сравнению с традиционным проводящим углеродным сажей значительно снижается, и в то же время можно уменьшить количество связующего агента примерно до 50%. Недостатком оригинала является то, что дисперсия плохая, и для улучшения использования углеродных нанотрубок необходимо строго контролировать удельную площадь их поверхности. Подходящая удельная поверхность структурной стабильности углеродных нанотрубок, определенная дисперсия может образовывать лучшую проводящую сеть, легко измельчается в порошок, легко отпадает. Материал отрицательного электрода на основе кремния является наиболее подходящим проводящим агентом.

  Приведенный выше анализ показывает, что удельная площадь поверхности является важным показателем испытаний проводящих паст на основе углерода. Как показано на рисунке 3, проводящий технический углерод, графен и углеродные нанотрубки, используемые в качестве проводящих агентов для материалов положительных и отрицательных электродов в аккумуляторной промышленности, были измерены с использованием тестеров удельной площади поверхности серии EASY-V с различными результатами удельной площади поверхности. 58,40 м ² /г, 523,33 м ² /г, 308,41 м ² /г.

 

Рисунок 3-1. Проводящий технический углерод BET : 58,40 м ² /г

 

 

 

Рисунок 3-2 Графен BET : 523,33 м ² /г

 

Рисунок 3-3. Углеродные нанотрубки. BET : 308,41 м ² /г.

 

04 Характеристика адсорбционных свойств композиционных проводящих паст

   Композитная проводящая паста подразумевает добавление множества различных типов проводящих фаз, таких как углеродная сажа-графен, углеродная сажа-углеродные нанотрубки, серебряный порошок-графен и другие композитные проводящие пасты, чтобы улучшить ее эксплуатационные характеристики. По сравнению с однопроводящей фазой композитная проводящая паста имеет преимущества более стабильной проводимости, более широкого спектра использования и более доступной цены. Например, композитные катодные пластины LiCoO ₂ -SP-CNTS изготавливаются из традиционной сажи и углеродных нанотрубок методом холодной прокатки, что не только играет роль в проводящей сети, построенной из волокнистых материалов из углеродных нанотрубок, но и позволяет избежать агломерации углеродные нанотрубки и могут демонстрировать превосходную проводимость благодаря сочетанию традиционного проводящего технического углерода и частиц активированного материала.

    Поскольку графен и углеродные нанотрубки содержат больше отверстий, поэтому удельная площадь поверхности больше, в результате чего их поверхностная энергия также выше, что легко вызвать агломерацию, поэтому необходимо проанализировать тест на размер пор. Используя собственную серию анализаторов удельной поверхности и размера пор EASY-V от CIQTEK, результаты испытаний показаны ниже (рис. 4 и рис. 5), через изотермы адсорбции и десорбции азота можно увидеть, эти два в основном относятся к изотермам Ⅳ, парциальному давлению . соотношение P/P0 в 0,4 после того, как адсорбция и отщепление не перекрываются полностью, что означает, что образуются петли гистерезиса, что указывает на наличие определенной степени мезопористой структуры. NLDFT-анализ пор показывает, что оба материала имеют относительно обильное распределение пор по размерам при 1 нм и от 3 до 50 нм, а их общие объемы пор составляют 1,43 см 3 / ^г и 3,16 см ³ /г соответственно. 

 

Рисунок 4-1 Изотермы адсорбции и десорбции азота для материалов из углеродных нанотрубок

 

Рисунок 4-2 Распределение пор NLDFT-пор по размерам материалов из углеродных нанотрубок

 

Рисунок 5-1 Изотермы адсорбции и десорбции азота для графеновых материалов

 

Рисунок 5-2 Распределение пор графеновых материалов по размерам по NLDFT.

 

05 Определение истинной плотности проводящей пасты

Проводящая фаза физических показателей повлияет на характеристики проводящей пасты, например, истинная плотность серебряного порошка, при спекании нелегко сформировать отверстия, высокая плотность, можно получить плотный проводящий превосходный проводящий пленочный слой. Компания CIQTEK самостоятельно разработала серию тестеров истинной плотности EASY-G для определения истинной плотности серебряного порошка, как показано на рисунке 6, истинная плотность 8,896 г/мл, во многих случаях тестовое значение находится только в третьем десятичном знаке. колебания, высокая точность испытаний, а прибор оснащен тремя различными характеристиками ячейки для проб, чтобы удовлетворить потребности различных форм испытания объема пробы.

Рис. 6. Результаты испытаний на истинную плотность серебряного порошкового материала.