CMC batareya sənayesində istifadə edir

Natrium karboksimetil selüloz nədir?

Natrium Karboksimetil selüloz, (həmçinin adlanır: Karboksimetil selüloz natrium duzu, Karboksimetil selüloz, CMC, Karboksimetil, SelülozNatrium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) dünyada ən çox istifadə edilən lif növləridir, maksimum dozada.

Cmc-na polimerləşmə dərəcəsi 100~2000 və molekulyar çəkisi 242.16 olan sellüloza törəməsidir. Ağ lifli və ya dənəvər toz. Qoxusuz, dadsız, dadsız, hiqroskopik, üzvi həlledicilərdə həll olunmur. Bu yazı əsasən litium-ion batareya detallarında natrium karboksimetil selülozun tətbiqini başa düşmək üçün.

Natrium karboksimetil selülozun tətbiqində irəliləyiş CMClitium-ion batareyalarda

Hazırda poliviniliden ftorid [pVDF, (CH: A CF:)] litium-ion batareyalarının istehsalında bağlayıcı kimi geniş istifadə olunur. . PVDF yalnız bahalı deyil, həm də partlayıcı, ətraf mühitə uyğun üzvi həlledicilərin tətbiqi prosesində istifadə etmək lazımdır, məsələn, N metil olan alkan keton (NMp) və hava rütubəti istehsal prosesi üçün ciddi tələblər, həmçinin asanlıqla gömülüdür. metal litium, litium qrafit ikincil reaksiya, xüsusilə yüksək temperatur şəraitində, termal qaçaqlığın kortəbii riski. Suda həll olunan bir bağlayıcı olan natrium karboksimetil selüloz (CMC) elektrod materialları üçün pVDF əvəzedicisi kimi istifadə olunur ki, bu da NMp istifadəsindən qaçınmaq, xərcləri azaltmaq və ətraf mühitin çirklənməsini azaltmaq imkanı verir. Eyni zamanda, istehsal prosesi ətraf mühitin rütubətini tələb etmir, həm də batareyanın tutumunu yaxşılaşdıra bilər, dövrünün ömrünü uzadır. Bu yazıda litium-ion batareyanın işində CMC-nin rolu nəzərdən keçirilmiş və batareyanın işini yaxşılaşdıran CMC mexanizmi istilik sabitliyi, elektrik keçiriciliyi və elektrokimyəvi xüsusiyyətlər aspektlərindən ümumiləşdirilmişdir.

1. CMC-nin strukturu və fəaliyyəti

1) CMC strukturu

CMC ümumiyyətlə müxtəlif əvəzetmə dərəcəsinə (Ds) görə təsnif edilir və məhsulun morfologiyası və performansı D-dən çox təsirlənir. LXie və başqaları. THE CMC-ni müxtəlif H Na cütlərinin D-ləri ilə tədqiq etdi. SEM təhlili nəticələri göstərdi ki, CMC-Li-1 (Ds = 1.00) dənəvər quruluş, CMC-Li-2 (Ds = 0.62) isə xətti struktur təqdim etdi. M. E və başqalarının araşdırması sübut etdi ki, CMC. Stirol butadien kauçuku (SBR) Li: O-nun yığılmasını maneə törədə bilər və elektrokimyəvi performans üçün faydalı olan interfeys strukturunu sabitləşdirə bilər.

2) CMC performansı

2.1)İstilik sabitliyi

Zj Han və başqaları. müxtəlif bağlayıcıların termiki dayanıqlığını tədqiq etmişdir. pVDF-nin kritik temperaturu təxminən 4500C-dir. 500 ℃-ə çatdıqda sürətli parçalanma baş verir və kütlə təxminən 70% azalır. Temperatur 600 ° C-ə çatdıqda, kütlə daha da 70% azaldı. Temperatur 300oC-ə çatdıqda CMC-Li-nin kütləsi 70% azaldı. Temperatur 400 ° C-ə çatdıqda, CMC-Li kütləsi 10% azaldı. CMCLi batareyanın ömrünün sonunda pVDF ilə müqayisədə daha asanlıqla parçalanır.

2.2)Elektrik keçiriciliyi

S. Chou və başqaları. 's test nəticələri CMCLI-1, CMC-Li-2 və pVDF müqavimətinin müvafiq olaraq 0,3154 Mn·m və 0,2634 Mn olduğunu göstərdi. M və 20.0365 Mn·m, pVDF-nin müqavimətinin CMCLi-dən yüksək olduğunu, CMC-LI-nin keçiriciliyinin pVDF-dən daha yaxşı olduğunu və CMCLI.1-in keçiriciliyinin CMCLI.2-dən aşağı olduğunu göstərir.

2.3)Elektrokimyəvi performans

FM Courtel et al. müxtəlif bağlayıcılardan istifadə edildikdə poli-sulfonat (AQ) əsaslı elektrodların tsiklik voltammetriya əyrilərini tədqiq etmişdir. Fərqli bağlayıcılar fərqli oksidləşmə və reduksiya reaksiyalarına malikdir, buna görə də pik potensialı fərqlidir. Onların arasında CMCLi-nin oksidləşmə potensialı 2.15V, reduksiya potensialı isə 2.55V-dir. pVDF-nin oksidləşmə potensialı və reduksiya potensialı müvafiq olaraq 2,605 V və 1,950 V olmuşdur. Əvvəlki iki dəfə dövri voltametriya əyriləri ilə müqayisədə, CMCLi bağlayıcıdan istifadə edildikdə oksidləşmə-reduksiya pikinin pik potensial fərqi pVDF istifadə edildikdəkindən daha kiçik idi, bu, reaksiyanın daha az maneə törədildiyini və CMCLi bağlayıcısının daha əlverişli olduğunu göstərir. oksidləşmə-reduksiya reaksiyasının baş verməsi.

2. CMC-nin tətbiqi effekti və mexanizmi

1) Tətbiq effekti

Pj Suo və başqaları. pVDF və CMC bağlayıcı kimi istifadə edildikdə Si/C kompozit materiallarının elektrokimyəvi performansını tədqiq etdi və CMC-dən istifadə edən batareyanın ilk dəfə 700 mAh/g geri çevrilə bilən xüsusi tutuma malik olduğunu və 4O dövründən sonra hələ də 597 mAh/g olduğunu aşkar etdi. pVDF istifadə edən batareyadan üstün idi. Jh Lee və başqaları. CMC-nin D-lərinin qrafit asqının dayanıqlığına təsirini tədqiq etmiş və hesab etmişdir ki, asqının maye keyfiyyəti Ds ilə müəyyən edilmişdir. Aşağı DS-də CMC güclü hidrofobik xüsusiyyətlərə malikdir və su mühit kimi istifadə edildikdə qrafit səthi ilə reaksiyanı artıra bilər. CMC həmçinin silikon-qalay ərintisi anod materiallarının tsiklik xüsusiyyətlərinin sabitliyini qorumaqda üstünlüklərə malikdir. NiO elektrodları müxtəlif konsentrasiyalarda (0,1mouL, 0,3mol/L və 0,5mol/L) CMC və pVDF bağlayıcı ilə hazırlanmış və 0,1c cərəyanla 1,5-3,5V-də yüklənmiş və boşaldılmışdır. Birinci dövr ərzində pVDF bağlayıcı hüceyrənin tutumu CMC bağlayıcı hüceyrədən daha yüksək idi. Dövrlərin sayı lO-a çatdıqda, pVDF bağlayıcının boşalma qabiliyyəti açıq şəkildə azalır. 4JD dövründən sonra 0.1movL, 0.3MOUL və 0.5MovLPVDF bağlayıcıların xüsusi boşalma tutumları müvafiq olaraq 250mAh/g, 157mAtv 'g və 102mAh/g-a qədər azaldı: MoL/L3.10 ilə batareyaların boşaldılmasının xüsusi tutumları və 0,5 moL/LCMC bağlayıcı müvafiq olaraq 698mAh/g, 555mAh/g və 550mAh/g səviyyəsində saxlanıldı.

LiTI0-da CMC bağlayıcı istifadə olunur. : və sənaye istehsalında SnO2 nanohissəcikləri. Bağlayıcı kimi CMC, müsbət və mənfi aktiv materiallar kimi müvafiq olaraq LiFepO4 və Li4TI50l2 və alov gecikdirən elektrolit kimi pYR14FS1 istifadə edərək, batareya 150 dəfə 0,1c cərəyanda 1,5v ~ 3,5V temperaturda və müsbət spesifik olaraq dövriyyəyə buraxıldı. tutum 140 mAh / g səviyyəsində saxlanıldı. CMC-dəki müxtəlif metal duzları arasında CMCLi dövriyyə zamanı elektrolitdə "mübadilə reaksiyasını (vii)" inhibə edə bilən digər metal ionlarını təqdim edir.

2) Performansın təkmilləşdirilməsi mexanizmi

CMC Li bağlayıcı litium batareyada AQ əsas elektrodunun elektrokimyəvi performansını yaxşılaşdıra bilər. M. E et al. -4 mexanizm üzrə ilkin tədqiqat aparmış və AQ elektrodunda CMC-Li-nin paylanması modelini təklif etmişdir. CMCLi-nin yaxşı performansı mesh strukturlarının səmərəli formalaşmasına töhfə verən OH tərəfindən istehsal olunan hidrogen bağlarının güclü bağlanma təsirindən irəli gəlir. Hidrofilik CMC-Li üzvi elektrolitdə həll olunmayacaq, buna görə də batareyada yaxşı dayanıqlığa malikdir və elektrod strukturuna güclü yapışır, bu da batareyanın yaxşı dayanıqlı olmasını təmin edir. Cmc-li bağlayıcı yaxşı Li keçiriciliyə malikdir, çünki CMC-Li-nin molekulyar zəncirində çoxlu sayda funksional qrup var. Boşalma zamanı Li ilə təsir edən iki təsirli maddələr mənbəyi var: (1) elektrolitdə Li; (2) CMC-Li molekulyar zəncirində aktiv maddənin effektiv mərkəzinə yaxın Li.

Karboksimetil CMC-Li bağlayıcıda hidroksil qrupu və hidroksil qrupunun reaksiyası kovalent bağ əmələ gətirəcək; Elektrik sahəsi qüvvəsinin təsiri altında U molekulyar zəncir və ya bitişik molekulyar zəncir üzərində keçə bilər, yəni molekulyar zəncir quruluşu zədələnməyəcək; Nəhayət, Lj AQ hissəciyinə bağlanacaq. Bu onu göstərir ki, CMCLi-nin tətbiqi Li-nin ötürmə səmərəliliyini yaxşılaşdırmaqla yanaşı, AQ-dan istifadə dərəcəsini də yaxşılaşdırır. Molekulyar zəncirdə cH: COOLi və 10Li nə qədər yüksək olarsa, Li transferi bir o qədər asan olur. M. Arrmand və b. -COOH və ya OH üzvi birləşmələrinin müvafiq olaraq 1 Li ilə reaksiya verə biləcəyinə və aşağı potensialda 1 C00Li və ya 1 0Li istehsal edə biləcəyinə inanırdı. Elektrodda CMCLi bağlayıcı mexanizmini daha da araşdırmaq üçün aktiv material kimi CMC-Li-1 istifadə edilmiş və oxşar nəticələr əldə edilmişdir. Li, CMC Li-dən bir cH, COOH və bir 0H ilə reaksiya verir və (1) və (2) tənliklərində göstərildiyi kimi, müvafiq olaraq cH: COOLi və bir 0 "hesab edir.

cH, COOLi və OLi sayı artdıqca CMC-Li-nin THE DS artır. Bu onu göstərir ki, əsasən AQ hissəciklərinin səthi bağlayıcıdan ibarət olan üzvi təbəqə daha dayanıqlı olur və Li-nin ötürülməsi asanlaşır. CMCLi, Li-nin AQ hissəciklərinin səthinə çatması üçün nəqliyyat yolunu təmin edən keçirici bir polimerdir. CMCLi bağlayıcıları yaxşı elektron və ion keçiriciliyinə malikdir, bu da CMCLi elektrodlarının yaxşı elektrokimyəvi performansı və uzun dövr ömrü ilə nəticələnir. JS Bridel et al. silisium və polimer arasındakı qarşılıqlı təsirin batareyanın ümumi performansına təsirini öyrənmək üçün müxtəlif bağlayıcılarla silisium/karbon/polimer kompozit materiallardan istifadə edərək litium ion batareyasının anodunu hazırladı və CMC-nin bağlayıcı kimi istifadə edildikdə ən yaxşı performansa sahib olduğunu tapdı. Silikon və CMC arasında güclü hidrogen bağı var ki, bu da özünü sağaltma qabiliyyətinə malikdir və material strukturunun sabitliyini qorumaq üçün velosiped prosesi zamanı materialın artan gərginliyini tənzimləyə bilər. Bağlayıcı kimi CMC ilə silikon anodun tutumu ən azı 100 dövrədə 1000mAh/g-dən yuxarı saxlanıla bilər və kulon səmərəliliyi 99,9%-ə yaxındır.

3, nəticə

Bağlayıcı olaraq, CMC materialı təbii qrafit, mezofazalı karbon mikrosferləri (MCMB), litium titanat, qalay əsaslı silikon əsaslı anod materialı və batareyanı yaxşılaşdıra bilən litium dəmir fosfat anod materialı kimi müxtəlif elektrod materiallarında istifadə edilə bilər. pYDF ilə müqayisədə tutum, dövr sabitliyi və dövr ömrü. CMC materiallarının istilik sabitliyinə, elektrik keçiriciliyinə və elektrokimyəvi xüsusiyyətlərinə faydalıdır. Litium ion batareyalarının işini yaxşılaşdırmaq üçün CMC üçün iki əsas mexanizm var:

(1) CMC-nin sabit yapışma performansı sabit batareya performansını əldə etmək üçün zəruri ilkin şərt yaradır;

(2) CMC yaxşı elektron və ion keçiriciliyinə malikdir və Li transferini təşviq edə bilər