Applicazione della tecnologia di adsorbimento del gas nell'industria delle paste conduttive

 

     La pasta conduttiva è un materiale funzionale speciale con proprietà sia conduttive che leganti, ampiamente utilizzato nelle nuove batterie energetiche, nel fotovoltaico, nell'elettronica, nell'industria chimica, nella stampa, nell'esercito, nell'aviazione e in altri campi. La pasta conduttiva comprende principalmente la fase conduttiva, la fase legante e il vettore organico, di cui la fase conduttiva è il materiale chiave della pasta conduttiva, che determina le proprietà elettriche della pasta e le proprietà meccaniche dopo la formazione del film.

      I materiali comunemente usati per la fase conduttiva includono metallo, ossido di metallo, materiali di carbonio e materiali polimerici conduttivi, ecc. Si è scoperto che i parametri fisici come l'area superficiale specifica, la dimensione dei pori e la densità effettiva dei materiali della fase conduttiva hanno un'influenza importante sulla conduttività e proprietà meccaniche del liquame. Pertanto, è particolarmente importante caratterizzare con precisione i parametri fisici come l'area superficiale specifica, la distribuzione delle dimensioni dei pori e la densità effettiva dei materiali in fase conduttiva basati sulla tecnologia di adsorbimento del gas. Inoltre, la regolazione precisa di questi parametri può ottimizzare la conduttività delle paste per soddisfare i requisiti di diverse applicazioni.

 

01 Introduzione alla pasta conduttiva

  Secondo l'effettiva applicazione dei diversi tipi di pasta conduttiva non è la stessa, di solito in base ai diversi tipi di fase conduttiva, può essere divisa in pasta conduttiva: pasta conduttiva inorganica, pasta conduttiva organica e pasta conduttiva composita. La pasta conduttiva inorganica è divisa in polvere metallica e due tipi di polvere metallica non metallica, principalmente oro, argento, rame, stagno e alluminio, ecc., La fase conduttiva non metallica è principalmente materiali di carbonio. La pasta conduttiva organica nella fase conduttiva è costituita principalmente da materiali polimerici conduttivi, che hanno una densità inferiore, una maggiore resistenza alla corrosione, migliori proprietà di formazione del film e in un certo intervallo di conduttività regolabile e così via. La pasta conduttiva del sistema composito è attualmente un'importante direzione della ricerca sulla pasta conduttiva, lo scopo è quello di combinare i vantaggi della pasta conduttiva inorganica e organica, la fase conduttiva inorganica e la combinazione organica del corpo di supporto del materiale organico, per sfruttare appieno i vantaggi di entrambi.

  Fase conduttiva come fase funzionale principale nella pasta conduttiva, per fornire un percorso elettrico, per ottenere proprietà elettriche, la sua area superficiale specifica, la dimensione dei pori, la densità reale e altri parametri fisici hanno un impatto maggiore sulle sue proprietà conduttive.

  Area superficiale specifica : la dimensione dell'area superficiale specifica è il fattore chiave che influenza la conduttività, entro un certo intervallo, un'area superficiale specifica più ampia fornisce più percorsi di conduzione elettronica, riducendo la resistenza, rendendo la pasta conduttiva più conduttiva. L'elevata conduttività è fondamentale in molte applicazioni, come nei dispositivi elettronici per garantire una conduzione efficiente dei circuiti.

  Dimensione dei pori : la scelta della dimensione dei pori ha un impatto significativo sia sulla conduzione degli elettroni che sulla diffusione degli ioni. Le fasi conduttive con dimensioni dei pori più piccole possono ridurre la velocità di diffusione degli ioni, il che può essere vantaggioso in alcune applicazioni di batterie, consentendo velocità di carica e scarica più elevate. Tuttavia, una dimensione dei pori troppo piccola può anche ostacolare la conduzione degli elettroni. Pertanto, la dimensione dell'apertura deve essere selezionata attentamente in base ai requisiti dell'applicazione specifica.

  Densità reale : la densità reale riflette quanto sono vicini tra loro gli atomi o le molecole della fase conduttiva. Densità reali più elevate di solito indicano una struttura più compatta, che facilita la conduzione degli elettroni. Materiali con densità effettiva più elevata, come metalli o ossidi metallici, vengono spesso utilizzati in applicazioni che richiedono un'elevata conduttività elettrica.

Pertanto, durante il processo di ricerca e sviluppo, i parametri fisici di cui sopra vengono accuratamente caratterizzati per garantire che le paste conduttive preparate abbiano la conduttività elettronica, le proprietà meccaniche e la stabilità richieste. Di seguito è riportata una descrizione dettagliata del caso studio sulla caratterizzazione delle proprietà di adsorbimento di paste con diverse fasi conduttive.

 

02 Caratterizzazione delle prestazioni di adsorbimento della pasta conduttiva metallica

   Le paste conduttive metalliche includono metalli preziosi Au, Ag, Pd, Pt, ecc., metalli non preziosi Cu, Ni, Al, ecc., Le paste conduttive Au hanno prestazioni eccellenti, ma costose, al fine di ridurre il costo dell'uso generale di polvere d'argento, l'argento sulla superficie ceramica ha una forte adesione, può formarsi sulla superficie della ceramica uno strato sottile uniforme, denso e continuo di elettrodi d'argento hanno una capacità maggiore rispetto agli altri materiali elettrodici, ma l'argento nell'azione elettrica Il campo produrrà la migrazione degli elettroni, riducendo la conduttività e influenzando così la vita. Rispetto ad altre paste conduttive a base metallica, la polvere di rame è poco costosa e ha proprietà conduttive superiori, ma il difetto è che il rame è chimicamente attivo e si ossida facilmente, con conseguente aumento della resistività.

  Polvere di rame e polvere d'argento come pasta conduttiva comune e importante, la resistenza del film sinterizzato, l'adesione e la densificazione e altri parametri importanti dipendono in una certa misura dalla morfologia delle particelle, dalla dispersione, dalla dimensione delle particelle e dalle proprietà specifiche dell'area superficiale. Il professor Lv Ming ha scoperto che quanto più piccola è la dimensione delle particelle, tanto maggiore è l'area superficiale specifica e quindi maggiore è l'energia superficiale specifica, e tanto più basso è il punto di fusione, che favorisce la solidificazione delle polveri di nanoargento nelle paste d'argento a temperature di sinterizzazione più basse, e può essere utilizzato in alcuni scenari sensibili alla temperatura. La serie EASY-V di CIQTEK di tester per l'area superficiale specifica è stata utilizzata per determinare l'area superficiale specifica delle polveri di rame e argento e i risultati sono stati rispettivamente di 2,71 m ² /g e 1,59 m ² /g (Fig. 1 e 2), con i punti di selezione P/P0 compresi tra 0,05 e 0,30, l'adattamento lineare ＞0,999 e le intercettazioni erano tutti positivi, il che indicava che i risultati del test erano accurati e affidabili e che lo strumento era altamente automatizzato, semplice e comodo da utilizzare, e ha avuto un'elevata efficienza di test. È facile e conveniente da usare e l'efficienza dei test è elevata.

 

Fig. 1 Risultati dei test sull'area superficiale specifica della polvere di rame

 

Fig. 2 Risultati del test dell'area superficiale specifica della polvere d'argento

 

03 Caratterizzazione delle proprietà di adsorbimento di paste conduttive a base di carbonio

  La pasta conduttiva al carbonio è generalmente nerofumo, grafene, nanotubi di carbonio, ecc. Viene utilizzata principalmente come agente conduttivo per materiali di elettrodi positivi e negativi nelle batterie, che è uno dei materiali ausiliari chiave per le batterie. L'agente conduttivo può consentire agli elettroni di viaggiare liberamente tra gli elettrodi positivo e negativo e il collettore. Un agente conduttivo efficiente dovrebbe essere collegato uniformemente ai materiali dell'elettrodo positivo e negativo per formare una struttura di rete tridimensionale per garantire il flusso regolare di corrente.

  Il nerofumo è un agente conduttivo di particelle di contatto puntiforme, con un certo grado di adesione ma senza direzionalità, non è facile formare un percorso di rete, solitamente utilizzando nerofumo con un'ampia area superficiale specifica, utilizzando particelle di nerofumo di piccole dimensioni, altro particelle per unità di volume, è facile entrare in contatto tra loro per formare un percorso di rete. Il grafene è un agente conduttivo in fogli con contatto superficiale o lineare, il grafene ha un'ampia area superficiale specifica ed è facile formare più SEI e consumare ioni di litio quando aggiunto all'elettrodo negativo (ad eccezione del silicio rivestito di micron), quindi è generalmente aggiunto all'elettrodo positivo per migliorare la molteplicità e le prestazioni a bassa temperatura. Gli agenti conduttivi a base di nanotubi di carbonio sono fibrosi e duttili sia in direzione della lunghezza che della larghezza, il che li rende più facili da integrare nelle reti. I nanotubi di carbonio vengono utilizzati come agente conduttivo nell'industria delle batterie, il vantaggio è che la quantità di additivo rispetto al tradizionale nero di carbonio conduttivo è notevolmente ridotta e allo stesso tempo può ridurre la quantità di agente legante a circa il 50% del Nell'originale, lo svantaggio è che la dispersione è scarsa e, per migliorare l'uso dei nanotubi di carbonio, è necessario controllarne rigorosamente l'area superficiale specifica. La superficie specifica adatta della stabilità strutturale dei nanotubi di carbonio, c'è una certa dispersione che può formare una rete conduttiva migliore, facile da polverizzare, facile da staccare, il materiale dell'elettrodo negativo a base di silicio è l'agente conduttivo più adatto.

  L'analisi di cui sopra mostra che l'area superficiale specifica è un importante indice di prova nelle paste conduttive a base di carbonio. Come mostrato nella Figura 3, il nero di carbonio conduttivo, il grafene e i nanotubi di carbonio utilizzati come agenti conduttivi per i materiali degli elettrodi positivi e negativi nell'industria delle batterie sono stati misurati utilizzando la serie EASY-V di tester di area superficiale specifica, con diversi risultati di area superficiale specifica di 58,40 ^m2 /g, 523,33 ^m2 /g, 308,41 ^m2 /g.

 

Figura 3-1 Nerofumo conduttivo BET : 58,40 m ² /g

 

 

 

Figura 3-2 BET grafene : 523,33 m ² /g

 

Figura 3-3 Nanotubi di carbonio BET : 308,41 m ² /g

 

04 Caratterizzazione delle proprietà di adsorbimento di paste conduttive composite

   La pasta conduttiva composita si riferisce all'aggiunta di molti diversi tipi di fasi conduttive, come nerofumo-grafene, nerofumo-nanotubi di carbonio, polvere d'argento-grafene e altre paste conduttive composite, in modo da ottenere prestazioni migliori. Rispetto a una singola fase conduttiva, la pasta conduttiva composita presenta i vantaggi di una conduttività più stabile, una gamma di utilizzo più ampia e una maggiore convenienza. Ad esempio, le piastre catodiche composite LiCoO ₂ -SP-CNTS sono preparate dal tradizionale nero di carbonio e nanotubi di carbonio utilizzando un metodo di laminazione a freddo, che non solo svolge un ruolo nella rete conduttiva costruita da materiali fibrosi di nanotubi di carbonio, ma evita anche l'agglomerazione di nanotubi di carbonio e possono mostrare un'eccellente conduttività attraverso la combinazione del tradizionale nero di carbonio conduttivo e particelle di materiale attivato.

    Poiché il grafene e i nanotubi di carbonio contengono più fori, quindi l'area superficiale specifica è maggiore, con il risultato che anche la sua energia superficiale è più elevata, è facile causare agglomerazione, quindi è necessario analizzare il test sulla dimensione dei pori. Utilizzando la serie EASY-V di CIQTEK di specifici risultati dei test dell'analizzatore di superficie e dimensione dei pori sono mostrati di seguito (Figura 4 e Figura 5), ​​attraverso le isoterme di adsorbimento e desorbimento dell'azoto si possono vedere, le due sono principalmente per le isoterme Ⅳ, la pressione parziale rapporto P/P0 pari a 0,4 dopo che l'adsorbimento e il distacco non si sono completamente sovrapposti, il che significa che vengono generati cicli di isteresi, indicando che esiste un certo grado di struttura mesoporosa. L'analisi dei pori NLDFT mostra che entrambi i materiali hanno distribuzioni delle dimensioni dei pori relativamente abbondanti a 1 nm e da 3 nm a 50 nm, e i loro volumi totali dei pori sono rispettivamente di 1,43 cm 3 /g e 3,16 cm ³ / ^g . 

 

Figura 4-1 Isoterme di adsorbimento e desorbimento dell'azoto per materiali a base di nanotubi di carbonio

 

Figura 4-2 Distribuzione delle dimensioni dei pori NLDFT dei materiali a base di nanotubi di carbonio

 

Figura 5-1 Isoterme di adsorbimento e desorbimento di azoto per materiali in grafene

 

Figura 5-2 Distribuzione delle dimensioni dei pori NLDFT dei materiali in grafene

 

05 Determinazione della densità reale della pasta conduttiva

La fase conduttiva degli indicatori fisici influenzerà le prestazioni della pasta conduttiva, come la densità reale della polvere d'argento, la sinterizzazione non è facile da formare fori, densità elevate, può ottenere uno strato di pellicola conduttiva eccellente conduttivo denso. Serie EASY-G sviluppata internamente da CIQTEK di tester di densità reale per la determinazione della densità reale della polvere d'argento, come mostrato nella Figura 6, la densità reale di 8,896 g / ml, molte volte il valore del test è solo nel terzo punto decimale fluttuazioni, elevata precisione del test e lo strumento è dotato di tre diverse specifiche della cella campione per soddisfare le esigenze di diverse forme del test del volume del campione.

Fig. 6 Risultati del test di densità reale del materiale in polvere d'argento