CMC се използва в производството на батерии

Какво е натриева карбоксиметил целулоза?

Натриева карбоксиметил целулоза (наричана още: натриева сол на карбоксиметил целулоза, карбоксиметил целулоза, CMC, карбоксиметил, натриева целулоза, натриева сол на CaboxyMethylCellulose) е най-широко използваният вид фибри в света с максимална доза.

Cmc-na е целулозно производно със степен на полимеризация 100~2000 и молекулно тегло 242,16. Бял влакнест или гранулиран прах. Без мирис, вкус, без вкус, хигроскопичен, неразтворим в органични разтворители. Тази статия основно за разбиране на приложението на натриева карбоксиметил целулоза в детайлите на литиево-йонната батерия.

Напредък в прилагането на натриева карбоксиметил целулоза CMCв литиево-йонни батерии

Понастоящем поливинилиден флуорид [pVDF, (CH: A CF:)] се използва широко като свързващо вещество при производството на литиево-йонни батерии. . PVDF е не само скъп, но също така трябва да се използва в процеса на прилагане на експлозиви, приятелски настроени към околната среда на органични разтворители, като N метил, който алкан кетон (NMp) и изисквания за влажност на въздуха за производствения процес стриктно, също лесно с вградени метален литий, литиев графит вторична реакция, особено при условия на висока температура, спонтанен риск от термично бягство. Натриевата карбоксиметил целулоза (CMC), водоразтворимо свързващо вещество, се използва като заместител на pVDF за електродни материали, което може да избегне използването на NMp, да намали разходите и да намали замърсяването на околната среда. В същото време производственият процес не изисква влажност на околната среда, но също така може да подобри капацитета на батерията, да удължи живота на цикъла. В тази статия беше разгледана ролята на CMC в производителността на литиево-йонната батерия и механизмът на CMC, подобряващ производителността на батерията, беше обобщен от аспектите на термичната стабилност, електрическата проводимост и електрохимичните характеристики.

1. Структура и производителност на CMC

1) CMC структура

CMC обикновено се класифицира по различна степен на заместване (Ds), а морфологията и ефективността на продукта са силно повлияни от Ds. LXie и др. изследва CMC с Ds на различни H двойки Na. Резултатите от SEM анализа показват, че CMC-Li-1 (Ds = 1.00) представя гранулирана структура, а CMC-Li-2 (Ds = 0.62) представя линейна структура. Изследването на M. E et al доказа, че CMC. Стирен бутадиен каучукът (SBR) може да инхибира агломерацията на Li: O и да стабилизира структурата на интерфейса, което е от полза за електрохимичните характеристики.

2) CMC производителност

2.1)Термична стабилност

Zj Han и др. изследва термичната стабилност на различни свързващи вещества. Критичната температура на pVDF е около 4500C. При достигане на 500 ℃ настъпва бързо разлагане и масата намалява с около 70%. Когато температурата достигна 600 ℃, масата беше допълнително намалена със 70%. Когато температурата достигна 300oC, масата на CMC-Li беше намалена със 70%. Когато температурата достигна 400 ℃, масата на CMC-Li беше намалена с 10%. CMCLi се разлага по-лесно от pVDF в края на живота на батерията.

2.2 )Електрическата проводимост

S. Chou и др. Резултатите от теста показват, че съпротивлението на CMCLI-1, CMC-Li-2 и pVDF е съответно 0,3154 Mn·m и 0,2634 Mn. M и 20,0365 Mn·m, което показва, че съпротивлението на pVDF е по-високо от това на CMCLi, проводимостта на CMC-LI е по-добра от тази на pVDF, а проводимостта на CMCLI.1 е по-ниска от тази на CMCLI.2.

2.3)Електрохимични характеристики

FM Courtel и др. изследва цикличните волтаметрични криви на електроди на основата на полисулфонат (AQ), когато се използват различни свързващи вещества. Различните свързващи вещества имат различни реакции на окисление и редукция, така че пиковият потенциал е различен. Сред тях окислителният потенциал на CMCLi е 2,15 V, а редукционният потенциал е 2,55 V. Окислителният потенциал и редукционният потенциал на pVDF бяха съответно 2,605 V и 1,950 V. В сравнение с кривите на цикличната волтаметрия от предишните два пъти, пиковата потенциална разлика на пика на окисление-редукция, когато се използва CMCLi свързващо вещество, е по-малка от тази, когато се използва pVDF, което показва, че реакцията е по-малко възпрепятствана и CMCLi свързващото вещество е по-благоприятно за протичане на окислително-редукционната реакция.

2. Ефект и механизъм на приложение на CMC

1) Ефект на приложение

Pj Suo и др. изследва електрохимичните характеристики на Si/C композитни материали, когато pVDF и CMC се използват като свързващи вещества, и установи, че батерията, използваща CMC, има обратим специфичен капацитет от 700mAh/g за първи път и все още има 597mAh/g след 40 цикъла, което беше по-добър от батерията, използваща pVDF. Jh Lee и др. изследва влиянието на D на CMC върху стабилността на графитната суспензия и вярва, че качеството на течността на суспензията се определя от Ds. При ниско DS CMC има силни хидрофобни свойства и може да увеличи реакцията с графитната повърхност, когато водата се използва като среда. CMC също така има предимства при поддържане на стабилността на цикличните свойства на анодни материали от силициево-калаена сплав. Електродите NiO бяха приготвени с различни концентрации (0.1mouL, 0.3mol/L и 0.5mol/L) CMC и pVDF свързващо вещество и се зареждаха и разреждаха при 1.5-3.5V с ток от 0.1c. По време на първия цикъл капацитетът на pVDF свързващата клетка е по-висок от този на CMC свързващата клетка. Когато броят на циклите достигне 10, капацитетът на разреждане на pVDF свързващото вещество намалява очевидно. След 4JD цикъла, специфичният капацитет на разреждане на 0.1movL, 0.3MOUL и 0.5MovLPVDF свързващи вещества намалява съответно до 250mAh/g, 157mAtv 'g и 102mAh/g: Специфичният капацитет на разреждане на батерии с 0.1 molL/L, 0.3 molL/L и 0.5 mol/LCMC свързващо вещество се поддържат съответно при 698 mAh/g, 555 mAh/g и 550 mAh/g.

CMC свързващо вещество се използва върху LiTI0. : и наночастици SnO2 в промишленото производство. Използвайки CMC като свързващо вещество, LiFepO4 и Li4TI50l2 съответно като положителни и отрицателни активни материали и използвайки pYR14FS1 като забавящ горенето електролит, батерията е циклично 150 пъти при ток от 0,1c при 1,5v ~ 3,5V при температура и положителната специфичност капацитетът се поддържа на 140mAh/g. Сред различните метални соли в CMC, CMCLi въвежда други метални йони, които могат да инхибират „обменна реакция (vii)“ в електролита по време на циркулация.

2) Механизъм за подобряване на производителността

CMC Li свързващо вещество може да подобри електрохимичните характеристики на базовия електрод AQ в литиевата батерия. M. E et al. -4 проведе предварително проучване на механизма и предложи модел на разпределението на CMC-Li в AQ електрода. Доброто представяне на CMCLi идва от силния свързващ ефект на водородните връзки, произведени от OH, което допринася за ефективното образуване на мрежести структури. Хидрофилният CMC-Li няма да се разтвори в органичния електролит, така че има добра стабилност в батерията и има силна адхезия към електродната структура, което прави батерията добра стабилност. Cmc-li свързващото вещество има добра проводимост на Li, тъй като има голям брой функционални групи в молекулярната верига на CMC-Li. По време на разреждане има два източника на ефективни вещества, действащи с Li: (1) Li в електролита; (2) Li в молекулярната верига на CMC-Li близо до ефективния център на активното вещество.

Реакцията на хидроксилна група и хидроксилна група в карбоксиметил CMC-Li свързващо вещество ще образува ковалентна връзка; Под действието на силата на електрическото поле U може да се прехвърли върху молекулярната верига или съседната молекулярна верига, тоест структурата на молекулярната верига няма да бъде повредена; В крайна сметка Lj ще се свърже с AQ частицата. Това показва, че прилагането на CMCLi не само подобрява ефективността на трансфера на Li, но също така подобрява степента на използване на AQ. Колкото по-високо е съдържанието на cH: COOLi и 10Li в молекулярната верига, толкова по-лесен е преносът на Li. M. Arrmand и др. смята, че органичните съединения на -COOH или OH могат да реагират съответно с 1 Li и да произведат 1 C00Li или 1 0Li при нисък потенциал. За по-нататъшно изследване на механизма на CMCLi свързващото вещество в електрода, CMC-Li-1 беше използван като активен материал и бяха получени подобни заключения. Li реагира с един cH, COOH и един 0H от CMC Li и генерира cH: COOLi и един 0 „съответно, както е показано в уравнения (1) и (2)

Тъй като броят на cH, COOLi и OLi се увеличава, DS на CMC-Li се увеличава. Това показва, че органичният слой, съставен главно от повърхностно свързващо вещество на AQ частици, става по-стабилен и по-лесен за прехвърляне на Li. CMCLi е проводим полимер, който осигурява транспортен път за Li да достигне повърхността на AQ частици. CMCLi свързващите вещества имат добра електронна и йонна проводимост, което води до добри електрохимични характеристики и дълъг цикъл на живот на CMCLi електродите. JS Bridel и др. подготвиха анода на литиево-йонна батерия, използвайки композитни материали силиций/въглерод/полимер с различни свързващи вещества, за да проучат влиянието на взаимодействието между силиций и полимер върху цялостната производителност на батерията и установиха, че CMC има най-добра производителност, когато се използва като свързващо вещество. Съществува силна водородна връзка между силиций и CMC, която има способност за самовъзстановяване и може да регулира нарастващото напрежение на материала по време на цикъла, за да поддържа стабилността на структурата на материала. С CMC като свързващо вещество капацитетът на силициевия анод може да се поддържа над 1000 mAh/g за най-малко 100 цикъла, а кулоновата ефективност е близо до 99,9%.

3, заключение

Като свързващо вещество CMC материалът може да се използва в различни видове електродни материали като естествен графит, мезофазови въглеродни микросфери (MCMB), литиев титанат, аноден материал на основата на силиций на базата на калай и аноден материал на литиево-железен фосфат, което може да подобри батерията капацитет, стабилност на цикъла и живот на цикъла в сравнение с pYDF. Това е полезно за термичната стабилност, електрическата проводимост и електрохимичните свойства на CMC материалите. Има два основни механизма за CMC за подобряване на производителността на литиево-йонните батерии:

(1) Стабилното свързване на CMC създава необходимата предпоставка за постигане на стабилна производителност на батерията;

(2) CMC има добра електронна и йонна проводимост и може да насърчи трансфера на Li