CMC выкарыстоўваецца ў акумулятарнай прамысловасці

Што такое натрыйкарбоксиметилцеллюлоза?

Натрыевая соль карбоксиметилцеллюлозы (таксама званы: натрыевая соль карбоксиметилцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлоза, КМЦ, карбоксиметилцеллюлоза, натрый натрыю, натрыевая соль кабоксиметилцеллюлозы) з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным у свеце тыпам абалоніны з максімальнай дазоўкай.

Cmc-na — вытворнае цэлюлозы са ступенню полімерызацыі 100~2000 і малекулярнай масай 242,16. Белы кудзелісты або грануляваны парашок. Без паху, густу, густу, гіграскапічны, нерастваральны ў арганічных растваральніках. Гэты артыкул у асноўным прызначаны для разумення прымянення натрыевай карбаксіметилцэлюлозы ў дэталях літый-іённых батарэй.

Прагрэс ва ўжыванні натрыевай солі карбоксиметилцеллюлозы CMCу літый-іённых батарэях

У цяперашні час полівінілідэнфтарыд [pVDF, (CH: A CF:)] шырока выкарыстоўваецца ў якасці злучнага ў вытворчасці літый-іённых акумулятараў. . PVDF не толькі дарагі, але таксама неабходна выкарыстоўваць у працэсе прымянення выбухованебяспечных, дружалюбных для навакольнага асяроддзя арганічных растваральнікаў, такіх як N метыл, які алканкетон (NMp) і патрабаванні вільготнасці паветра для вытворчага працэсу строга, таксама лёгка з убудаваным металічны літый, літый-графіт другасная рэакцыя, асабліва ва ўмовах высокай тэмпературы, спантанны рызыка цеплавога ўцёкаў. Натрыевая карбоксиметилцеллюлоза (CMC), растваральнае ў вадзе злучнае, выкарыстоўваецца ў якасці замены pVDF для электродных матэрыялаў, што дазваляе пазбегнуць выкарыстання NMp, знізіць выдаткі і паменшыць забруджванне навакольнага асяроддзя. У той жа час вытворчы працэс не патрабуе вільготнасці навакольнага асяроддзя, але таксама можа палепшыць ёмістасць акумулятара, падоўжыць тэрмін службы. У гэтым артыкуле была разгледжана роля CMC у прадукцыйнасці літый-іённага акумулятара, і механізм паляпшэння прадукцыйнасці батарэі CMC быў абагульнены з пункту гледжання тэрмічнай стабільнасці, электраправоднасці і электрахімічных характарыстык.

1. Будова і прадукцыйнасць КМК

1) Структура CMC

CMC звычайна класіфікуецца па рознай ступені замяшчэння (Ds), і Ds моцна ўплывае на марфалогію і прадукцыйнасць прадукту. LXie і інш. вывучалі КМЦ з Ds розных H пар Na. Вынікі SEM-аналізу паказалі, што CMC-Li-1 (Ds = 1,00) мае крупчастую структуру, а CMC-Li-2 (Ds = 0,62) мае лінейную структуру. Даследаванні M. E і інш даказалі, што CMC. Бутадыен-стырольны каўчук (SBR) можа перашкаджаць агламерацыі Li:O і стабілізаваць структуру інтэрфейсу, што спрыяльна ўплывае на электрахімічныя характарыстыкі.

2) Прадукцыйнасць CMC

2.1)Тэрмастабільнасць

Zj Han і інш. вывучаў тэрмічную ўстойлівасць розных вяжучых. Крытычная тэмпература pVDF складае каля 4500C. Пры дасягненні 500 ℃ адбываецца хуткае раскладанне і маса памяншаецца прыкладна на 70%. Калі тэмпература дасягала 600 ℃, маса яшчэ больш памяншалася на 70%. Калі тэмпература дасягала 300oC, маса КМЦ-Li памяншалася на 70%. Калі тэмпература дасягала 400 ℃, маса CMC-Li памяншалася на 10%. CMCLi лягчэй раскладаецца, чым pVDF, у канцы тэрміну службы батарэі.

2.2 )Электраправоднасць

С. Чоу і інш. Вынікі выпрабаванняў паказалі, што ўдзельнае супраціўленне CMCLI-1, CMC-Li-2 і pVDF складала 0,3154 Мн·м і 0,2634 Мн адпаведна. M і 20,0365 Мн·м, што сведчыць аб тым, што ўдзельнае супраціўленне pVDF вышэй, чым у CMCLi, праводнасць CMC-LI лепш, чым у pVDF, а праводнасць CMCLI.1 ніжэй, чым у CMCLI.2.

2.3)Электрахімічныя характарыстыкі

Ф. М. Куртэль і інш. вывучаў цыклічныя крывыя вольтампераметрыі электродаў на аснове полісульфаната (AQ), калі выкарыстоўваліся розныя злучныя рэчывы. Розныя звязальныя маюць розныя рэакцыі акіслення і аднаўлення, таму пікавы патэнцыял розны. Сярод іх патэнцыял акіслення CMCLi складае 2,15 В, а патэнцыял аднаўлення - 2,55 В. Патэнцыял акіслення і патэнцыял аднаўлення pVDF былі 2,605 В і 1,950 В адпаведна. У параўнанні з цыклічнымі крывымі вольтампераметрыі двух папярэдніх раз, рознасць пікавых патэнцыялаў піка акіслення і аднаўлення пры выкарыстанні злучнага CMCLi была меншай, чым пры выкарыстанні pVDF, што паказвае на тое, што рэакцыя была менш абцяжаранай і злучнае CMCLi больш спрыяла працяканне акісляльна-аднаўленчай рэакцыі.

2. Эфект прымянення і механізм КМЦ

1) Эфект прымянення

Пі Суо і інш. вывучылі электрахімічныя характарыстыкі кампазітных матэрыялаў Si/C, калі pVDF і CMC выкарыстоўваліся ў якасці звязальных рэчываў, і выявілі, што батарэя з выкарыстаннем CMC упершыню мела зварачальную ўдзельную ёмістасць 700 мАг/г і ўсё яшчэ мела 597 мАг/г пасля 40 цыклаў, што пераўзыходзіць акумулятар з выкарыстаннем pVDF. Jh Лі і інш. вывучаў уплыў D CMC на стабільнасць графітавай завісі і лічыў, што якасць вадкасці завісі вызначаецца Ds. Пры нізкім DS CMC валодае моцнымі гідрафобнымі ўласцівасцямі і можа ўзмацніць рэакцыю з паверхняй графіту, калі ў якасці асяроддзя выкарыстоўваецца вада. CMC таксама мае перавагі ў падтрыманні стабільнасці цыклічных уласцівасцяў анодных матэрыялаў са сплаву крэмнія і волава. Электроды NiO былі падрыхтаваны з рознымі канцэнтрацыямі (0,1 моль, 0,3 моль/л і 0,5 моль/л) злучнага рэчыва CMC і pVDF і зараджаны і разраджаны пры 1,5-3,5 В з токам 0,1c. Падчас першага цыклу ёмістасць злучнай ячэйкі pVDF была вышэй, чым у злучнай ячэйкі CMC. Калі колькасць цыклаў дасягае 10, разрадная здольнасць звязальнага ПВДФ відавочна памяншаецца. Пасля цыклаў 4JD удзельная разрадная ёмістасць звязальных рэчываў 0,1 мол, 0,3 мол і 0,5 мол LPVDF знізілася да 250 мАг/г, 157 мАг і 102 мАг/г адпаведна: удзельная разрадная ёмістасць батарэй з 0,1 моль/л, 0,3 моль/л і 0,5 моль/LCMC злучнага рэчыва захоўваліся пры 698 мАг/г, 555 мАг/г і 550 мАг/г адпаведна.

CMC злучнае выкарыстоўваецца на LiTI0. : і наначасціцы SnO2 у прамысловай вытворчасці. З выкарыстаннем CMC у якасці злучнага рэчыва, LiFepO4 і Li4TI50l2 у якасці станоўчых і адмоўных актыўных матэрыялаў, адпаведна, і з выкарыстаннем pYR14FS1 у якасці вогнеахоўнага электраліта, акумулятар быў пераключаны 150 разоў пры току 0,1c пры тэмпературы 1,5 ~ 3,5 В, а станоўчая ўдзельная ёмістасць падтрымлівалася на ўзроўні 140 мАг/г. Сярод розных соляў металаў у CMC CMCLi змяшчае іёны іншых металаў, якія могуць інгібіраваць «рэакцыю абмену (vii)» у электраліце ​​падчас цыркуляцыі.

2) Механізм павышэння прадукцыйнасці

Звязальнае CMC Li можа палепшыць электрахімічныя характарыстыкі базавага электрода AQ у літыевай батарэі. М. Е і інш. -4 правялі папярэдняе даследаванне механізму і прапанавалі мадэль размеркавання CMC-Li ў электродзе AQ. Добрая прадукцыйнасць CMCLi абумоўлена моцным склейваючым эфектам вадародных сувязяў, утвораных OH, што спрыяе эфектыўнаму фарміраванню сеткаватых структур. Гідрафільны CMC-Li не раствараецца ў арганічным электраліце, таму ён мае добрую стабільнасць у батарэі і мае моцную адгезію да структуры электрода, што робіць батарэю добрай стабільнасцю. Звязальнае Cmc-li мае добрую літый-праводнасць, таму што ў малекулярным ланцугу Cmc-Li маецца вялікая колькасць функцыянальных груп. Падчас разраду ёсць дзве крыніцы эфектыўных рэчываў, якія дзейнічаюць з Li: (1) Li ў электраліце; (2) Li на малекулярнай ланцугу CMC-Li паблізу эфектыўнага цэнтра актыўнага рэчыва.

Рэакцыя гідраксільнай групы і гідраксільнай групы ў карбаксіметылавым злучным CMC-Li прывядзе да адукацыі кавалентнай сувязі; Пад дзеяннем сілы электрычнага поля U можа пераходзіць на малекулярны ланцуг або суседні малекулярны ланцуг, гэта значыць структура малекулярнага ланцуга не будзе пашкоджана; У рэшце рэшт Lj звяжацца з часціцай AQ. Гэта сведчыць аб тым, што прымяненне CMCLi не толькі павышае эфектыўнасць перадачы Li, але і павышае ўзровень выкарыстання AQ. Чым вышэй утрыманне cH:COOLi і 10Li ў малекулярным ланцугу, тым лягчэй перанос Li. М. Арманд і інш. лічылі, што арганічныя злучэнні -COOH або OH могуць рэагаваць з 1 Li адпаведна і вырабляць 1 C00Li або 1 0Li пры нізкім патэнцыяле. Для далейшага вывучэння механізму злучнага рэчыва CMCLi у электродзе ў якасці актыўнага матэрыялу выкарыстоўваўся CMC-Li-1, і былі атрыманы падобныя высновы. Li рэагуе з адным cH, COOH і адным 0H з CMC Li і стварае cH: COOLi і адзін 0 «адпаведна, як паказана ва ўраўненнях (1) і (2)

Па меры павелічэння колькасці cH, COOLi і OLi DS CMC-Li павялічваецца. Гэта паказвае, што арганічны пласт, які складаецца ў асноўным з паверхневага злучнага рэчыва часціц AQ, становіцца больш стабільным і лягчэй пераносіць Li. CMCLi - гэта правадзячы палімер, які забяспечвае транспартны шлях Li да паверхні часціц AQ. Звязальныя рэчывы CMCLi маюць добрую электронную і іённую праводнасць, што прыводзіць да добрых электрахімічных характарыстык і доўгага цыклу працы электродаў CMCLi. JS Bridel і інш. падрыхтаваў анод літый-іённай батарэі з выкарыстаннем кампазітных матэрыялаў з крэмнію/вугляроду/палімера з рознымі звязальнымі рэчывамі, каб вывучыць уплыў узаемадзеяння паміж крэмніем і палімерам на агульную прадукцыйнасць батарэі, і выявіў, што CMC мае найлепшыя характарыстыкі пры выкарыстанні ў якасці злучнага рэчыва. Паміж крэмніем і КМЦ існуе моцная вадародная сувязь, якая валодае здольнасцю да самааднаўлення і можа рэгуляваць узрастаючае напружанне матэрыялу ў працэсе цыкла для падтрымання стабільнасці структуры матэрыялу. З КМЦ у якасці злучнага рэчыва ёмістасць крамянёвага анода можа падтрымлівацца вышэй за 1000 мАг/г як мінімум за 100 цыклаў, а кулонаўская эфектыўнасць блізкая да 99,9%.

3, заключэнне

У якасці злучнага рэчыва КМЦ можа выкарыстоўвацца ў розных тыпах электродных матэрыялаў, такіх як натуральны графіт, мезафазныя вугляродныя мікрасферы (MCMB), тытанат літыя, анодны матэрыял на аснове крэмнію на аснове волава і анодны матэрыял на аснове літый-жалеза-фасфату, што можа палепшыць батарэю ёмістасць, стабільнасць цыкла і жыццё цыкла ў параўнанні з pYDF. Гэта спрыяльна ўплывае на тэрмічную стабільнасць, электраправоднасць і электрахімічныя ўласцівасці матэрыялаў КМЦ. Ёсць два асноўныя механізмы для CMC для паляпшэння прадукцыйнасці літый-іённых батарэй:

(1) Стабільныя характарыстыкі клею CMC ствараюць неабходныя перадумовы для атрымання стабільнай працы батарэі;

(2) CMC мае добрую электронную і іонную праводнасць і можа спрыяць перадачы Li