Application de la technologie d’adsorption de gaz dans l’industrie des pâtes conductrices

 

     La pâte conductrice est un matériau fonctionnel spécial doté de propriétés à la fois conductrices et adhésives, largement utilisé dans les batteries à énergie nouvelle, le photovoltaïque, l'électronique, l'industrie chimique, l'imprimerie, l'armée et l'aviation et d'autres domaines. La pâte conductrice comprend principalement une phase conductrice, une phase de liaison et un support organique, dont la phase conductrice est le matériau clé de la pâte conductrice, déterminant les propriétés électriques de la pâte et les propriétés mécaniques après formation du film.

      Les matériaux de phase conductrice couramment utilisés comprennent le métal, l'oxyde métallique, les matériaux carbonés et les matériaux polymères conducteurs, etc. Il a été constaté que les paramètres physiques tels que la surface spécifique, la taille des pores et la densité réelle des matériaux en phase conductrice ont une influence importante sur la conductivité et propriétés mécaniques du lisier. Par conséquent, il est particulièrement important de caractériser avec précision les paramètres physiques tels que la surface spécifique, la distribution de la taille des pores et la densité réelle des matériaux en phase conductrice, sur la base de la technologie d'adsorption de gaz. De plus, un réglage précis de ces paramètres permet d’optimiser la conductivité des pâtes pour répondre aux exigences des différentes applications.

 

01 Introduction à la pâte conductrice

  Selon l'application réelle des différents types de pâte conductrice, ce n'est pas la même chose, généralement selon les différents types de phase conductrice, elle peut être divisée en pâte conductrice : pâte conductrice inorganique, pâte conductrice organique et pâte conductrice composite. La pâte conductrice inorganique est divisée en poudre métallique et en deux types de poudre métallique non métallique, principalement l'or, l'argent, le cuivre, l'étain et l'aluminium, etc., la phase conductrice non métallique est principalement constituée de matériaux carbonés. La pâte conductrice organique dans la phase conductrice est principalement constituée de matériaux polymères conducteurs, qui ont une densité plus faible, une résistance à la corrosion plus élevée, de meilleures propriétés filmogènes et une certaine plage de conductivité réglable, etc. La pâte conductrice du système composite est actuellement une direction importante de la recherche sur les pâtes conductrices, le but est de combiner les avantages de la pâte conductrice inorganique et organique, de la phase conductrice inorganique et de la combinaison organique du corps de support de matériau organique, pour tirer pleinement parti des avantages des deux.

  Phase conductrice en tant que phase fonctionnelle principale dans la pâte conductrice, pour fournir un chemin électrique, pour obtenir des propriétés électriques, sa surface spécifique, la taille de ses pores et sa densité réelle ainsi que d'autres paramètres physiques ont un plus grand impact sur ses propriétés conductrices.

  Surface spécifique : la taille de la surface spécifique est le facteur clé affectant la conductivité, dans une certaine plage, une surface spécifique plus grande fournit davantage de voies de conduction électronique, réduisant la résistance, rendant la pâte conductrice plus conductrice. Une conductivité élevée est essentielle dans de nombreuses applications, comme dans les appareils électroniques, pour garantir une conduction efficace des circuits.

  Taille des pores : Le choix de la taille des pores a un impact significatif à la fois sur la conduction électronique et sur la diffusion des ions. Les phases conductrices avec des pores plus petits peuvent réduire le taux de diffusion des ions, ce qui peut être avantageux dans certaines applications de batteries, permettant des taux de charge et de décharge plus élevés. Cependant, une taille de pores trop petite peut également gêner la conduction électronique. Par conséquent, la taille de l’ouverture doit être soigneusement sélectionnée en fonction des exigences spécifiques de l’application.

  Véritable densité : la véritable densité reflète la proximité des atomes ou des molécules de la phase conductrice. Des densités réelles plus élevées indiquent généralement une structure plus compacte, ce qui facilite la conduction électronique. Des matériaux à densité réelle plus élevée, tels que des métaux ou des oxydes métalliques, sont souvent utilisés dans des applications nécessitant une conductivité électrique élevée.

Par conséquent, au cours du processus de R&D, les paramètres physiques ci-dessus sont caractérisés avec précision pour garantir que les pâtes conductrices préparées ont la conductivité électronique, les propriétés mécaniques et la stabilité requises. Ce qui suit est une description détaillée de l'étude de cas sur la caractérisation des propriétés d'adsorption de pâtes avec différentes phases conductrices.

 

02 Caractérisation des performances d'adsorption des pâtes conductrices métalliques

   Les pâtes conductrices métalliques comprennent les métaux précieux Au, Ag, Pd, Pt, etc., les métaux non précieux Cu, Ni, Al, etc., les pâtes conductrices Au ont d'excellentes performances, mais sont coûteuses, afin de réduire le coût d'utilisation générale. De poudre d'argent, l'argent sur la surface de la céramique a une forte adhérence, peut être formé sur la surface de la céramique, une fine couche uniforme et dense continue d'électrodes d'argent a une plus grande capacité que les autres matériaux d'électrode, mais l'argent dans l'action de l'électricité Le champ produira une migration d'électrons, réduisant la conductivité et affectant ainsi la vie. Comparée à d'autres pâtes conductrices à base de métal, la poudre de cuivre est peu coûteuse et possède des propriétés conductrices supérieures, mais le défaut est que le cuivre est chimiquement actif et s'oxyde facilement, ce qui entraîne une augmentation de la résistivité.

  La poudre de cuivre et la poudre d'argent en tant que pâte conductrice commune et importante, la résistance de son film fritté, son adhérence et sa densification ainsi que d'autres paramètres importants dépendent dans une certaine mesure de la morphologie de ses particules, de sa dispersion, de sa taille de particule et de ses propriétés de surface spécifique. Le professeur Lv Ming a découvert que plus la taille des particules est petite, plus la surface spécifique est grande et donc plus l'énergie de surface spécifique est grande, et plus le point de fusion est bas, ce qui favorise la solidification des poudres de nanoargent dans des pâtes d'argent à des températures de frittage plus basses. et peut être utilisé dans certains scénarios sensibles à la température. La série EASY-V de testeurs de surface spécifique de CIQTEK a été utilisée pour déterminer la surface spécifique des poudres de cuivre et d'argent, et les résultats étaient de 2,71 m ² /g et 1,59 m ² /g, respectivement (figures 1 et 2), avec les points de sélection P/P0 allant de 0,05 à 0,30, l'ajustement linéaire ＞0,999 et les interceptions étaient tous positifs, ce qui indiquait que les résultats du test étaient précis et fiables et que l'instrument était hautement automatisé, simple et pratique à utiliser, et avait une efficacité de test élevée. Il est facile et pratique à utiliser et l’efficacité des tests est élevée.

 

Fig. 1 Résultats des tests de surface spécifique de la poudre de cuivre

 

Fig. 2 Résultats des tests de surface spécifique de la poudre d'argent

 

03 Caractérisation des propriétés d'adsorption des pâtes conductrices à base de carbone

  La pâte conductrice de carbone est généralement du noir de carbone, du graphène, des nanotubes de carbone, etc. Elle est principalement utilisée comme agent conducteur pour les matériaux d'électrodes positives et négatives dans les batteries, qui est l'un des principaux matériaux auxiliaires pour les batteries. L'agent conducteur peut permettre aux électrons de voyager librement entre les électrodes positives et négatives et le collecteur. Un agent conducteur efficace doit être uniformément attaché aux matériaux des électrodes positives et négatives pour former une structure de réseau tridimensionnelle afin d'assurer la fluidité du courant.

  Le noir de carbone est un agent conducteur de particules de contact ponctuel, avec un certain degré d'adhésion mais aucune directionnalité, il n'est pas facile de former un chemin de réseau, utilisant généralement du noir de carbone avec une grande surface spécifique, en utilisant des particules de noir de carbone de petite taille, plus particules par unité de volume, il est facile de se contacter pour former un chemin de réseau. Le graphène est un agent conducteur en feuille avec contact en surface ou en ligne, le graphène a une grande surface spécifique et il est facile de former plus de SEI et de consommer des ions lithium lorsqu'il est ajouté à l'électrode négative (sauf pour le silicium micronique revêtu), il est donc généralement ajouté à l'électrode positive pour améliorer la multiplicité et les performances à basse température. Les agents conducteurs à base de nanotubes de carbone sont fibreux et ductiles dans le sens de la longueur et de la largeur, ce qui les rend plus faciles à intégrer dans les réseaux. Les nanotubes de carbone sont utilisés comme agent conducteur dans l'industrie des batteries, l'avantage est que la quantité d'additif par rapport au noir de carbone conducteur traditionnel est considérablement réduite, et en même temps peut réduire la quantité d'agent de liaison à environ 50 % de l'original, l'inconvénient est que la dispersion est mauvaise, et afin d'améliorer l'utilisation des nanotubes de carbone, la nécessité de contrôler strictement sa surface spécifique. Surface spécifique appropriée de la stabilité structurelle des nanotubes de carbone, il existe une certaine dispersion peut former un meilleur réseau conducteur, facile à poudrer, facile à tomber, le matériau de l'électrode négative à base de silicium est l'agent conducteur le plus approprié.

  L'analyse ci-dessus montre que la surface spécifique est un indice de test important dans les pâtes conductrices à base de carbone. Comme le montre la figure 3, le noir de carbone conducteur, le graphène et les nanotubes de carbone utilisés comme agents conducteurs pour les matériaux d'électrodes positives et négatives dans l'industrie des batteries ont été mesurés à l'aide de la série EASY-V de testeurs de surface spécifique, avec différents résultats de surface spécifique de 58,40 m ² /g, 523,33 m ² /g, 308,41 m ² /g.

 

Figure 3-1 Noir de carbone conducteur BET ：58,40 m ² /g

 

 

 

Figure 3-2 Graphène BET ：523,33 m ² /g

 

Figure 3-3 Nanotubes de carbone BET ：308,41 m ² /g

 

04 Caractérisation des propriétés d'adsorption des pâtes conductrices composites

   La pâte conductrice composite fait référence à l'ajout de nombreux types différents de phases conductrices, telles que le noir de carbone-graphène, les nanotubes de noir de carbone-carbone, la poudre d'argent-graphène et d'autres pâtes conductrices composites, afin de lui donner de meilleures performances. Par rapport à une seule phase conductrice, la pâte conductrice composite présente les avantages d'une conductivité plus stable, d'une plage d'utilisation plus large et d'un prix plus abordable. Par exemple, les plaques cathodiques composites LiCoO ₂ -SP-CNTS sont préparées à partir de noir de carbone traditionnel et de nanotubes de carbone en utilisant une méthode de laminage à froid, qui non seulement joue un rôle dans le réseau conducteur construit par les matériaux fibreux de nanotubes de carbone, mais évite également l'agglomération de nanotubes de carbone et peuvent présenter une excellente conductivité grâce à la combinaison de noir de carbone conducteur traditionnel et de particules de matériaux activés.

    Étant donné que le graphène et les nanotubes de carbone contiennent plus de trous, la surface spécifique est donc plus grande, ce qui entraîne également une énergie de surface plus élevée, facile à provoquer une agglomération, il est donc nécessaire d'analyser son test de taille de pores. En utilisant la propre série EASY-V de CIQTEK, les résultats des tests d'analyse de surface spécifique et de taille de pores sont présentés ci-dessous (Figure 4 et Figure 5), à travers les isothermes d'adsorption et de désorption d'azote, les deux concernent principalement les isothermes Ⅳ, la pression partielle le rapport P/P0 de 0,4 après l'adsorption et le détachement ne se chevauchent pas complètement, ce qui signifie que des boucles d'hystérésis sont générées, indiquant qu'il existe un certain degré de structure mésoporeuse. L'analyse des pores NLDFT montre que les deux matériaux ont des distributions de tailles de pores relativement abondantes à 1 nm et de 3 nm à 50 nm, et que leurs volumes de pores totaux sont respectivement de 1,43 cm 3 /g et 3,16 cm ³ / ^g . 

 

Figure 4-1 Isothermes d'adsorption et de désorption de l'azote pour les matériaux à base de nanotubes de carbone

 

Figure 4-2 Distribution de la taille des pores NLDFT des matériaux à base de nanotubes de carbone

 

Figure 5-1 Isothermes d'adsorption et de désorption d'azote pour les matériaux graphène

 

Figure 5-2 Distribution de la taille des pores NLDFT des matériaux graphène

 

05 Détermination de la densité réelle de la pâte conductrice

La phase conductrice des indicateurs physiques affectera les performances de la pâte conductrice, telle que la véritable densité de la poudre d'argent, le frittage n'est pas facile à former des trous, les densités élevées, peuvent obtenir une excellente couche de film conducteur dense. CIQTEK a développé la série EASY-G de testeurs de densité réelle pour la détermination de la densité réelle de la poudre d'argent, comme le montre la figure 6, la densité réelle de 8,896 g/ml, plusieurs fois la valeur du test n'est que dans la troisième décimale. fluctuations, haute précision du test et l'instrument est équipé de trois spécifications différentes de la cellule d'échantillon pour répondre aux besoins des différentes formes du test de volume d'échantillon.

Fig. 6 Résultats des tests de densité réelle du matériau en poudre d'argent