CMC utilitza a la indústria de la bateria

Què és la carboximetil cel·lulosa sòdica?

La carboximetil cel·lulosa sòdica, (també anomenada: carboximetil cel·lulosa sal sòdica, carboximetil cel·lulosa, CMC, carboximetil, cel·lulosa sodi, sodiumsaltofCaboximetilcel·lulosa) és el tipus de fibra més utilitzat del món, dosificació màxima.

Cmc-na és un derivat de la cel·lulosa amb un grau de polimerització de 100 ~ 2000 i un pes molecular de 242,16. Pols blanca fibrosa o granular. Inodor, insípid, insípid, higroscòpic, insoluble en dissolvents orgànics. Aquest document principalment per entendre l'aplicació de la carboximetil cel·lulosa sòdica als detalls de la bateria d'ions de liti.

Avenços en l'aplicació de la carboximetil cel·lulosa sòdica CMCen bateries de ions de liti

Actualment, el fluorur de polivinilidè [pVDF, (CH: A CF:)] s'utilitza àmpliament com a aglutinant en la producció de bateries d'ions de liti. . El PVDF no només és car, també s'ha d'utilitzar en el procés d'aplicació d'explosius, amigable amb el medi ambient de dissolvents orgànics, com ara N metil, que l'alcan cetona (NMp) i els requisits d'humitat de l'aire per al procés de producció estrictament, també fàcilment amb incrustat metall liti, reacció secundària de grafit de liti, especialment en condicions d'alta temperatura, un risc espontani de fuga tèrmica. La carboximetil cel·lulosa sòdica (CMC), un aglutinant soluble en aigua, s'utilitza com a substitut del pVDF per als materials d'elèctrode, que pot evitar l'ús de NMp, reduir costos i reduir la contaminació ambiental. Al mateix temps, el procés de producció no requereix humitat ambiental, però també pot millorar la capacitat de la bateria, allargar la vida del cicle. En aquest article, es va revisar el paper del CMC en el rendiment de la bateria d'ions de liti i es va resumir el mecanisme del CMC que millora el rendiment de la bateria a partir dels aspectes de l'estabilitat tèrmica, la conductivitat elèctrica i les característiques electroquímiques.

1. Estructura i rendiment del CMC

1) Estructura CMC

El CMC es classifica generalment per diferents graus de substitució (Ds) i la morfologia i el rendiment del producte es veuen molt afectats per Ds. LXie et al. va estudiar EL CMC amb Ds de diferents parells H de Na. Els resultats de l'anàlisi SEM van mostrar que CMC-Li-1 (Ds = 1,00) presentava una estructura granular i que CMC-Li-2 (Ds = 0,62) presentava una estructura lineal. La investigació de M. E et al va demostrar que CMC. El cautxú d'estirè butadiè (SBR) pot inhibir l'aglomeració de Li:O i estabilitzar l'estructura de la interfície, cosa que és beneficiosa per al rendiment electroquímic.

2) Rendiment CMC

2.1)Estabilitat tèrmica

Zj Han et al. va estudiar l'estabilitat tèrmica de diferents aglutinants. La temperatura crítica de pVDF és d'uns 4500C. Quan s'arriba als 500 ℃, es produeix una descomposició ràpida i la massa es redueix aproximadament un 70%. Quan la temperatura va arribar als 600 ℃, la massa es va reduir encara més en un 70%. Quan la temperatura va arribar als 300oC, la massa de CMC-Li es va reduir un 70%. Quan la temperatura va arribar als 400 ℃, la massa de CMC-Li es va reduir un 10%. El CMCLi es descompone més fàcilment que el pVDF al final de la vida útil de la bateria.

2.2)La conductivitat elèctrica

S. Chou et al. Els resultats de les proves van mostrar que la resistivitat de CMCLI-1, CMC-Li-2 i pVDF eren de 0,3154 Mn·m i 0,2634 Mn, respectivament. M i 20,0365 Mn·m, que indica que la resistivitat de pVDF és superior a la de CMCLi, la conductivitat de CMC-LI és millor que la de pVDF i la conductivitat de CMCLI.1 és inferior a la de CMCLI.2.

2.3)Rendiment electroquímic

FM Courtel et al. va estudiar les corbes de voltametria cíclica dels elèctrodes basats en polisulfonat (AQ) quan es van utilitzar diferents aglutinants. Els diferents aglutinants tenen diferents reaccions d'oxidació i reducció, de manera que el potencial màxim és diferent. Entre ells, el potencial d'oxidació de CMCLi és de 2,15 V i el potencial de reducció és de 2,55 V. El potencial d'oxidació i el potencial de reducció del pVDF eren de 2,605 V i 1,950 V respectivament. En comparació amb les corbes de voltametria cíclica dels dos temps anteriors, la diferència de potencial màxim del pic d'oxidació-reducció quan es va utilitzar el lligant CMCLi era més petita que quan es va utilitzar pVDF, cosa que indica que la reacció es va veure menys obstaculitzada i el lligant CMCLi era més propici per a l'aparició de la reacció d'oxidació-reducció.

2. Efecte d'aplicació i mecanisme de CMC

1) Efecte de l'aplicació

Pj Suo et al. va estudiar el rendiment electroquímic dels materials compostos Si/C quan es van utilitzar pVDF i CMC com a aglutinants, i va trobar que la bateria que utilitzava CMC tenia una capacitat específica reversible de 700mAh/g per primera vegada i encara tenia 597mAh/g després de 4O cicles, que era superior a la bateria utilitzant pVDF. Jh Lee et al. va estudiar la influència de Ds de CMC en l'estabilitat de la suspensió de grafit i va creure que la qualitat líquida de la suspensió estava determinada per Ds. A baix DS, CMC té fortes propietats hidrofòbiques i pot augmentar la reacció amb la superfície de grafit quan s'utilitza aigua com a mitjà. CMC també té avantatges per mantenir l'estabilitat de les propietats cícliques dels materials d'ànode d'aliatge de silici-estany. Els elèctrodes de NiO es van preparar amb diferents concentracions (0,1 mouL, 0,3mol/L i 0,5mol/L) CMC i aglutinant pVDF, i es van carregar i descarregar a 1,5-3,5V amb un corrent de 0,1c. Durant el primer cicle, la capacitat de la cèl·lula aglutinant pVDF va ser superior a la de la cèl·lula aglutinant CMC. Quan el nombre de cicles arriba a lO, la capacitat de descàrrega del lligant pVDF disminueix òbviament. Després de cicles de 4JD, les capacitats de descàrrega específiques dels aglutinants de 0,1 movL, 0,3 MOUL i 0,5 MovLPVDF van disminuir a 250 mAh/g, 157 mAtv 'g i 102 mAh/g, respectivament: les capacitats específiques de descàrrega de les bateries amb 0,1 moL/L, 0,3 moL/L, 0,3 i el lligant de 0,5 moL/LCMC es van mantenir a 698 mAh/g, 555 mAh/g i 550 mAh/g, respectivament.

L'enquadernador CMC s'utilitza a LiTI0. : i nanopartícules de SnO2 en la producció industrial. Utilitzant CMC com a aglutinant, LiFepO4 i Li4TI50l2 com a materials actius positius i negatius, respectivament, i utilitzant pYR14FS1 com a electròlit retardant de flama, la bateria es va ciclar 150 vegades a un corrent de 0,1c a 1,5v ~ 3,5V a temperatura i el positiu específic. la capacitat es va mantenir a 140 mAh/g. Entre diverses sals metàl·liques a CMC, CMCLi introdueix altres ions metàl·lics, que poden inhibir la "reacció d'intercanvi (vii)" en l'electròlit durant la circulació.

2) Mecanisme de millora del rendiment

L'aglutinador CMC Li pot millorar el rendiment electroquímic de l'elèctrode base AQ a la bateria de liti. M. E et al. -4 va realitzar un estudi preliminar sobre el mecanisme i va proposar un model de distribució de CMC-Li a l'elèctrode AQ. El bon rendiment de CMCLi prové del fort efecte d'enllaç dels enllaços d'hidrogen produïts per un OH, que contribueix a la formació eficient d'estructures de malla. El CMC-Li hidròfil no es dissol en l'electròlit orgànic, de manera que té una bona estabilitat a la bateria i té una forta adhesió a l'estructura de l'elèctrode, cosa que fa que la bateria tingui una bona estabilitat. El lligant Cmc-li té una bona conductivitat de Li perquè hi ha un gran nombre de grups funcionals a la cadena molecular de CMC-Li. Durant la descàrrega, hi ha dues fonts de substàncies efectives que actuen amb Li: (1) Li a l'electròlit; (2) Li a la cadena molecular de CMC-Li prop del centre efectiu de la substància activa.

La reacció del grup hidroxil i del grup hidroxil en el lligant carboximetil CMC-Li formarà un enllaç covalent; Sota l'acció de la força del camp elèctric, U es pot transferir a la cadena molecular o a la cadena molecular adjacent, és a dir, l'estructura de la cadena molecular no es farà malbé; Finalment, Lj s'unirà a la partícula AQ. Això indica que l'aplicació de CMCLi no només millora l'eficiència de transferència de Li, sinó que també millora la taxa d'utilització d'AQ. Com més gran sigui el contingut de cH: COOLi i 10Li a la cadena molecular, més fàcil serà la transferència de Li. M. Arrmand et al. creia que els compostos orgànics de -COOH o OH podrien reaccionar amb 1 Li respectivament i produir 1 C00Li o 1 0Li a baix potencial. Per tal d'explorar més el mecanisme de l'aglutinant CMCLi a l'elèctrode, es va utilitzar CMC-Li-1 com a material actiu i es van obtenir conclusions similars. Li reacciona amb un cH, COOH i un 0H de CMC Li i genera cH: COOLi i un 0 "respectivament, tal com es mostra a les equacions (1) i (2)

A mesura que augmenta el nombre de cH, COOLi i OLi, augmenta el DS de CMC-Li. Això demostra que la capa orgànica composta principalment per l'aglutinant de superfície de partícules AQ es torna més estable i més fàcil de transferir Li. CMCLi és un polímer conductor que proporciona una ruta de transport perquè Li arribi a la superfície de les partícules AQ. Els aglutinants CMCLi tenen una bona conductivitat electrònica i iònica, la qual cosa resulta en un bon rendiment electroquímic i una llarga vida útil dels elèctrodes CMCLi. JS Bridel et al. va preparar l'ànode de la bateria de ions de liti utilitzant materials compostos de silici/carboni/polímer amb diferents aglutinants per estudiar la influència de la interacció entre silici i polímer en el rendiment general de la bateria i va trobar que CMC tenia el millor rendiment quan s'utilitzava com a aglutinant. Hi ha un fort enllaç d'hidrogen entre el silici i el CMC, que té una capacitat d'autocuració i pot ajustar l'estrès creixent del material durant el procés de cicle per mantenir l'estabilitat de l'estructura del material. Amb CMC com a aglutinant, la capacitat de l'ànode de silici es pot mantenir per sobre de 1000 mAh/g en almenys 100 cicles, i l'eficiència de coulomb és propera al 99,9%.

3, conclusió

Com a aglutinant, el material CMC es pot utilitzar en diferents tipus de materials d'elèctrode com ara grafit natural, microesferes de carboni meso-fase (MCMB), titanat de liti, material d'ànode basat en silici a base d'estany i material d'ànode de fosfat de ferro de liti, que pot millorar la bateria. capacitat, estabilitat del cicle i vida del cicle en comparació amb pYDF. És beneficiós per a l'estabilitat tèrmica, la conductivitat elèctrica i les propietats electroquímiques dels materials CMC. Hi ha dos mecanismes principals perquè CMC millori el rendiment de les bateries d'ions de liti:

(1) El rendiment d'enllaç estable de CMC crea un requisit previ necessari per obtenir un rendiment estable de la bateria;

(2) CMC té una bona conductivitat d'electrons i ions i pot promoure la transferència de Li