CMC se koristi u industriji baterija

Šta je natrijum karboksimetil celuloza?

Natrijum karboksimetil celuloza, (također se naziva: natrijeva sol karboksimetil celuloze, karboksimetil celuloza, CMC, karboksimetil, celuloza natrijum, sodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) je najrasprostranjenija vrsta vlakana u svijetu, maksimalna doza.

Cmc-na je derivat celuloze sa stepenom polimerizacije od 100~2000 i molekulskom težinom od 242,16. Bijeli vlaknasti ili granulirani prah. Bez mirisa, bez ukusa, bez ukusa, higroskopan, nerastvorljiv u organskim rastvaračima. Ovaj rad uglavnom radi razumijevanja primjene natrijum karboksimetil celuloze u detaljima litijum-jonskih baterija.

Napredak u primjeni natrijum karboksimetil celuloze CMCu litijum-jonskim baterijama

Trenutno se poliviniliden fluorid [pVDF, (CH: A CF:)] široko koristi kao vezivo u proizvodnji litijum-jonskih baterija. . PVDF nije samo skup, već je potrebno koristiti u procesu primjene eksplozivnih, prijateljskih za okoliš organskih rastvarača, kao što je N metil koji je alkan keton (NMp) i vlažnost zraka zahtjevi za proizvodni proces striktno, također lako sa ugrađenim metal litijum, litijum grafit sekundarna reakcija, posebno u uslovima visoke temperature, spontani rizik od toplotnog bekstva. Natrijum karboksimetil celuloza (CMC), vezivo rastvorljivo u vodi, koristi se kao zamena za pVDF za materijale elektroda, što može izbeći upotrebu NMp, smanjiti troškove i smanjiti zagađenje životne sredine. Istovremeno, proizvodni proces ne zahtijeva vlažnost okoliša, ali također može poboljšati kapacitet baterije, produžiti vijek trajanja. U ovom radu je razmotrena uloga CMC-a u performansama litijum-jonske baterije, te je sažet mehanizam poboljšanja performansi baterije CMC-a sa aspekta termičke stabilnosti, električne provodljivosti i elektrohemijskih karakteristika.

1. Struktura i performanse CMC-a

1) CMC struktura

CMC se generalno klasifikuje prema različitom stepenu supstitucije (Ds), a Ds u velikoj meri utiču na morfologiju proizvoda i performanse. LXie et al. proučavao THE CMC sa Ds različitih H parova Na. Rezultati SEM analize pokazali su da CMC-Li-1 (Ds = 1,00) ima granularnu strukturu, a CMC-Li-2 (Ds = 0,62) linearnu strukturu. Istraživanje M. E et al. dokazalo je da CMC. Stiren butadien kaučuk (SBR) može inhibirati aglomeraciju Li:O i stabilizirati međusklopnu strukturu, što je korisno za elektrohemijske performanse.

2) CMC performanse

2.1)Termička stabilnost

Zj Han i dr. proučavala termičku stabilnost različitih veziva. Kritična temperatura pVDF je oko 4500C. Kada se postigne 500℃, dolazi do brzog raspadanja i masa se smanjuje za oko 70%. Kada je temperatura dostigla 600℃, masa je dodatno smanjena za 70%. Kada je temperatura dostigla 300oC, masa CMC-Li je smanjena za 70%. Kada je temperatura dostigla 400℃, masa CMC-Li je smanjena za 10%. CMCLi se lakše razgrađuje od pVDF-a na kraju vijeka trajanja baterije.

2.2)Električna provodljivost

S. Chou et al. Rezultati ispitivanja su pokazali da je otpornost CMCLI-1, CMC-Li-2 i pVDF bila 0,3154 Mn·m i 0,2634 Mn, respektivno. M i 20,0365 Mn·m, što ukazuje da je otpor pVDF veći od otpora CMCLi, provodljivost CMC-LI je bolja od one pVDF, a provodljivost CMCLI.1 je niža od provodljivosti CMCLI.2.

2.3)Elektrohemijske performanse

FM Courtel i dr. proučavali su krivulje ciklične voltametrije elektroda na bazi polisulfonata (AQ) kada su korištena različita veziva. Različita veziva imaju različite reakcije oksidacije i redukcije, tako da je vršni potencijal različit. Među njima, oksidacioni potencijal CMCLi je 2,15V, a redukcioni potencijal 2,55V. Oksidacijski potencijal i potencijal redukcije pVDF-a bili su 2,605 V i 1,950 V respektivno. U poređenju sa krivuljama cikličke voltametrije iz prethodna dva puta, razlika vršnog potencijala oksidaciono-redukcionog vrha kada se koristilo CMCLi vezivo bila je manja od one kada je korišćen pVDF, što ukazuje da je reakcija bila manje ometana i da je CMCLi vezivo bilo pogodnije za pojava oksidaciono-redukcione reakcije.

2. Učinak primjene i mehanizam CMC-a

1) Efekat aplikacije

Pj Suo i dr. proučavao je elektrohemijske performanse Si/C kompozitnih materijala kada su pVDF i CMC korišteni kao veziva i otkrio da baterija koja koristi CMC po prvi put ima reverzibilni specifični kapacitet od 700 mAh/g i još uvijek ima 597 mAh/g nakon 4O ciklusa, što bio superiorniji u odnosu na bateriju koja koristi pVDF. Jh Lee et al. proučavao je utjecaj Ds CMC-a na stabilnost grafitne suspenzije i vjerovao da je kvalitet tekućine suspenzije određen Ds. Pri niskom DS, CMC ima jaka hidrofobna svojstva i može povećati reakciju s površinom grafita kada se voda koristi kao medij. CMC takođe ima prednosti u održavanju stabilnosti cikličkih svojstava anodnih materijala od legure silicijum-kalaja. NiO elektrode su pripremljene sa različitim koncentracijama (0,1mouL, 0,3mol/L i 0,5mol/L) CMC i pVDF veziva, te su napunjene i pražnjene na 1,5-3,5V sa strujom od 0,1c. Tokom prvog ciklusa, kapacitet ćelije za vezivanje pVDF bio je veći od kapaciteta ćelije za vezivanje CMC. Kada broj ciklusa dostigne lO, kapacitet pražnjenja pVDF veziva se očigledno smanjuje. Nakon ciklusa 4JD, specifični kapaciteti pražnjenja 0,1movL, 0,3MOUL i 0,5MovLPVDF veziva su se smanjili na 250mAh/g, 157mAtv 'g i 102mAh/g, respektivno: Specifični kapaciteti pražnjenja baterija.,1moL3/L0 i 0,5 mol/LCMC vezivo je držano na 698mAh/g, 555mAh/g i 550mAh/g, respektivno.

CMC vezivo se koristi na LiTI0. : i nanočestice SnO2 u industrijskoj proizvodnji. Koristeći CMC kao vezivo, LiFepO4 i Li4TI50l2 kao pozitivne i negativne aktivne materijale, respektivno, i koristeći pYR14FS1 kao elektrolit za usporavanje plamena, baterija je ciklusirana 150 puta pri struji od 0,1c na 1,5v ~ 3,5V na temperaturi, i pozitivnim specifičnim Kapacitet je održavan na 140mAh/g. Među različitim metalnim solima u CMC, CMCLi uvodi druge metalne jone, koji mogu inhibirati „reakciju razmene (vii)” u elektrolitu tokom cirkulacije.

2) Mehanizam poboljšanja performansi

CMC Li vezivo može poboljšati elektrohemijske performanse AQ bazne elektrode u litijumskoj bateriji. M. E et al. -4 je proveo preliminarnu studiju o mehanizmu i predložio model raspodjele CMC-Li u AQ elektrodi. Dobre performanse CMCLi proizlaze iz snažnog efekta vezivanja vodoničnih veza koje proizvodi OH, što doprinosi efikasnom formiranju mrežastih struktura. Hidrofilni CMC-Li neće se otopiti u organskom elektrolitu, tako da ima dobru stabilnost u bateriji i ima jaku adheziju na strukturu elektrode, što čini da baterija ima dobru stabilnost. Cmc-li vezivo ima dobru Li provodljivost jer postoji veliki broj funkcionalnih grupa na molekularnom lancu CMC-Li. Tokom pražnjenja, postoje dva izvora efikasnih supstanci koje deluju sa Li: (1) Li u elektrolitu; (2) Li na molekularnom lancu CMC-Li blizu efektivnog centra aktivne supstance.

Reakcija hidroksilne grupe i hidroksilne grupe u karboksimetil CMC-Li vezivu će formirati kovalentnu vezu; Pod djelovanjem sile električnog polja, U se može prenijeti na molekularni lanac ili susjedni molekularni lanac, to jest, struktura molekulskog lanca neće biti oštećena; Na kraju, Lj će se vezati za AQ česticu. Ovo ukazuje da primjena CMCLi ne samo da poboljšava efikasnost prijenosa Li, već i poboljšava stopu iskorištenja AQ. Što je veći sadržaj cH:COOLi i 10Li u molekularnom lancu, to je lakši prijenos Li. M. Arrmand i dr. vjerovali da organska jedinjenja -COOH ili OH mogu reagirati s 1 Li i proizvesti 1 C00Li ili 1 0Li pri niskom potencijalu. U cilju daljeg istraživanja mehanizma CMCL veziva u elektrodi, kao aktivni materijal korišćen je CMC-Li-1 i dobijeni su slični zaključci. Li reaguje sa jednim cH, COOH i jednim 0H iz CMC Li i stvara cH: COOLi i jedan 0 “respektivno, kao što je prikazano u jednadžbama (1) i (2)

Kako se broj cH, COOLi i OLi povećava, raste i THE DS CMC-Li. Ovo pokazuje da organski sloj sastavljen uglavnom od površinskog veziva AQ čestica postaje stabilniji i lakši za prijenos Li. CMCLi je provodljivi polimer koji obezbeđuje transportni put za Li do površine AQ čestica. CMCLi veziva imaju dobru elektronsku i jonsku provodljivost, što rezultira dobrim elektrohemijskim performansama i dugim životnim ciklusom CMCL elektroda. JS Bridel i dr. pripremio anodu litijum-jonske baterije koristeći kompozitne materijale silicijum/ugljik/polimer sa različitim vezivnim sredstvima kako bi proučio uticaj interakcije između silicijuma i polimera na ukupne performanse baterije i otkrio da CMC ima najbolje performanse kada se koristi kao vezivo. Između silicijuma i CMC-a postoji jaka vodikova veza, koja ima sposobnost samoizlječenja i može prilagoditi rastući napon materijala tokom ciklusa kako bi održala stabilnost strukture materijala. Sa CMC kao vezivom, kapacitet silicijumske anode može se održati iznad 1000mAh/g u najmanje 100 ciklusa, a kulonska efikasnost je blizu 99,9%.

3, zaključak

Kao vezivo, CMC materijal se može koristiti u različitim vrstama elektrodnih materijala kao što su prirodni grafit, mezofazne ugljične mikrosfere (MCMB), litijum titanat, anodni materijal na bazi silicijuma na bazi kositra i anodni materijal od litijum gvožđe fosfata, što može poboljšati bateriju kapacitet, stabilnost ciklusa i životni vijek u poređenju sa pYDF. Koristan je za termičku stabilnost, električnu provodljivost i elektrohemijska svojstva CMC materijala. Postoje dva glavna mehanizma za CMC za poboljšanje performansi litijum-jonskih baterija:

(1) Stabilno spajanje CMC-a stvara neophodan preduslov za postizanje stabilnih performansi baterije;

(2) CMC ima dobru elektronsku i jonsku provodljivost i može promovirati prijenos Li