HPC nella produzione di batterie: HPC è un etere di cellulosa non ionico ad alta purezza caratterizzato dall’assenza di ioni sodio, dalla doppia solubilità in acqua e alcol, dalla fluidificazione per taglio, dalla gelificazione termica a temperature elevate e dalla rimozione senza residui tramite lavaggio con acqua a bassa temperatura. È applicabile a quattro principali scenari di utilizzo: batterie agli ioni di litio, batterie acquose agli ioni di zinco, batterie allo stato solido e rivestimenti ceramici per separatori, fungendo da colloide protettivo specifico nonché da agente disperdente e addensante per batterie di fascia alta.

Preparazione della sospensione per gli anodi delle batterie agli ioni di litio (lo scenario commerciale più diffuso)

1. Colloide protettivo per la dispersione delle polveri

I gruppi idrossilici presenti sulle catene molecolari adsorbono la grafite, le particelle di nanosilice e i nanotubi di carbonio, separando le polveri grazie all’ostacolo sterico ed evitando così l’agglomerazione degli agenti nanoconduttivi. La sospensione rimane omogenea senza stratificazione né precipitazione durante il riposo, consentendo un rivestimento ad alta velocità con testa a fessura privo di fori e difetti dovuti alla sporgenza delle particelle.

2. Regolazione reologica per la compatibilità con i processi di rivestimento ad alta velocità

Presenta un comportamento di fluidificazione per taglio: la viscosità diminuisce durante l’agitazione o il rivestimento delle lame per garantire un pompaggio fluido, mentre la viscosità si ripristina rapidamente in condizioni di quiete per evitare l’affossamento dei bordi e uno spessore irregolare dei fogli di elettrodo.

3. Compatibilità con gli anodi in silicio-carbonio ad alto rigonfiamento

Dopo l'essiccazione si forma una pellicola sottile e flessibile che attutisce l'espansione volumetrica dei materiali al silicio durante la carica e la scarica, riducendo la formazione di crepe negli elettrodi e la perdita di materiale attivo e prolungando in modo significativo la durata di vita in condizioni di ciclo prolungato.

4. Elevata purezza con bassa contaminazione ionica (vantaggio fondamentale rispetto al CMC)

Il CMC è un sale di sodio anionico che introduce impurità sotto forma di ioni sodio, i quali tendono a innescare reazioni collaterali nelle batterie ad alta energia e ad alta potenza.
Il HPC non ionico per uso elettronico contiene livelli estremamente bassi di ioni metallici ed è adatto alle batterie al litio per l'elettronica di consumo di fascia alta e alle batterie al litio per l'alimentazione dei veicoli.

5. Pellicola protettiva temporanea per la protezione dei processi

Dopo l'applicazione e l'asciugatura, HPC forma una pellicola protettiva sulle superfici degli elettrodi per impedire l'abrasione e la perdita di materiali attivi durante la calandratura, il taglio longitudinale e il trasporto. La pellicola può essere rimossa completamente con acqua pura o alcool senza lasciare residui di carbonio.

Additivo per rivestimenti ceramici su separatori di batterie agli ioni di litio

1. Funge da disperdente per le polveri ceramiche di allumina/boehmite, al fine di stabilizzare le sospensioni ceramiche e formare rivestimenti uniformi e compatti.

2. Migliora la bagnabilità elettrolitica dei separatori, riduce l'impedenza interfacciale e potenzia le prestazioni di ricarica rapida.

3. Modifica i separatori in PE/PP per aumentare la resistenza al calore, ridurre il tasso di ritiro termico e migliorare la sicurezza termica delle batterie.

Additivo per sospensioni acquose per catodi (catodi ternari / al litio-ferro-fosfato)

1. Disperdere in modo uniforme il fosfato di ferro e litio e il carbonio conduttivo nanometrico, garantendo un’eccellente stabilità di conservazione della sospensione.

2. L'elevata inerzia elettrochimica comporta un minor numero di reazioni secondarie interfacciali nei sistemi catodici ad alta tensione e un minore declino della capacità della batteria.

3. Adatto alla stampa 3D di inchiostro catodico; la struttura stampata non presenta cedimenti né linee interrotte e ha uno spessore dell'elettrodo uniforme e regolare.

Substrato per elettroliti allo stato solido in gel (settore all’avanguardia dello stoccaggio di energia)

1. Il HPC può essere combinato con sali di litio per preparare elettroliti in gel flessibili, che uniscono l'elevata conduttività ionica degli elettroliti liquidi ai vantaggi in termini di sicurezza, grazie all'assenza di perdite, delle batterie allo stato solido.

2. La rete polimerica tridimensionale limita la volatilizzazione dell’elettrolita, riduce l’evaporazione del solvente e inibisce le reazioni collaterali alle interfacce degli elettrodi.

3. Può essere utilizzato per la realizzazione di film elettrolitici ultrasottili, adatti alle batterie a sacchetto in miniatura e alle batterie per l'accumulo di energia domestica.

Batterie acquose agli ioni di zinco (un nuovo tipo di accumulo energetico sicuro)

Il HPC miscelato con sali di zinco viene utilizzato per realizzare strati protettivi artificiali per anodi di zinco, rappresentando una soluzione industriale all’avanguardia

1. I gruppi poliidrossilici ricostruiscono la rete di legami idrogeno interfacciali per trattenere l'acqua libera all'interfaccia e inibire le reazioni collaterali di evoluzione dell'idrogeno.

2. I legami etereici fungono da siti zinco-filici per guidare la deposizione uniforme degli ioni di zinco, limitando in modo sostanziale la crescita dei dendriti di zinco e prevenendo i cortocircuiti.

3. Riduce l'energia di attivazione della desolvatazione degli ioni di zinco, migliorando notevolmente le prestazioni di ricarica rapida e la durata del ciclo di vita.