Aplikace pojiva CMC v bateriích

Jako hlavní pojivo materiálů záporných elektrod na vodní bázi jsou produkty CMC široce používány domácími i zahraničními výrobci baterií. Optimálním množstvím pojiva lze získat relativně velkou kapacitu baterie, dlouhou životnost cyklu a relativně nízký vnitřní odpor.

Pojivo je jedním z důležitých pomocných funkčních materiálů v lithium-iontových bateriích. Je hlavním zdrojem mechanických vlastností celé elektrody a má důležitý vliv na výrobní proces elektrody a elektrochemický výkon baterie. Samotné pojivo nemá kapacitu a zaujímá v baterii velmi malý podíl.

Kromě adhezivních vlastností obecných pojiv musí být pojivové materiály pro elektrody lithium-iontových baterií také schopné odolat bobtnání a korozi elektrolytu a také odolávat elektrochemické korozi během nabíjení a vybíjení. Zůstává stabilní v rozsahu pracovního napětí, takže není mnoho polymerních materiálů, které lze použít jako pojiva elektrod pro lithium-iontové baterie.

Existují tři hlavní typy pojiv pro lithium-iontové baterie, které se v současnosti široce používají: polyvinylidenfluorid (PVDF), emulze styren-butadienového kaučuku (SBR) a karboxymethylcelulóza (CMC). Kromě toho zaujímají určitý trh také kyselina polyakrylová (PAA), pojiva na vodní bázi s polyakrylonitrilem (PAN) a polyakrylát jako hlavní složky.

Čtyři charakteristiky CMC na úrovni baterie

Vzhledem ke špatné rozpustnosti kyselé struktury karboxymethylcelulózy ve vodě, aby se lépe uplatnila, je CMC velmi široce používaným materiálem při výrobě baterií.

Jako hlavní pojivo materiálů záporných elektrod na vodní bázi jsou produkty CMC široce používány domácími i zahraničními výrobci baterií. Optimálním množstvím pojiva lze získat relativně velkou kapacitu baterie, dlouhou životnost cyklu a relativně nízký vnitřní odpor.

Čtyři vlastnosti CMC jsou:

Za prvé, CMC může učinit produkt hydrofilním a rozpustným, zcela rozpustným ve vodě, bez volných vláken a nečistot.

Za druhé, stupeň substituce je jednotný a viskozita je stabilní, což může zajistit stabilní viskozitu a adhezi.

Za třetí, vyrábět vysoce čisté produkty s nízkým obsahem kovových iontů.

Za čtvrté, produkt má dobrou kompatibilitu s latexem SBR a dalšími materiály.

Sodná sůl karboxymethylcelulózy CMC použitá v baterii kvalitativně zlepšila její uživatelský efekt a zároveň jí poskytuje dobrý výkon při současném použití.

Role CMC v bateriích

CMC je karboxymethylovaný derivát celulózy, který se obvykle připravuje reakcí přírodní celulózy se žíravou alkálií a kyselinou monochloroctovou a jeho molekulová hmotnost se pohybuje od tisíců do milionů.

CMC je bílý až světle žlutý prášek, granulovaná nebo vláknitá látka, která má silnou hygroskopičnost a je snadno rozpustná ve vodě. Pokud je roztok neutrální nebo alkalický, jedná se o kapalinu s vysokou viskozitou. Při dlouhodobém zahřívání nad 80 °C se viskozita sníží a bude nerozpustný ve vodě. Při zahřátí na 190-205°C hnědne, při zahřátí na 235-248°C karbonizuje.

Protože CMC má funkce zahušťování, lepení, zadržování vody, emulgace a suspendování ve vodném roztoku, je široce používán v oblasti keramiky, potravinářství, kosmetiky, tisku a barvení, výroby papíru, textilu, nátěrů, lepidel a medicíny, vysoce- koncová keramika a lithiové baterie Pole tvoří asi 7 %, běžně známé jako „průmyslový glutamát sodný“.

KonkrétněCMCv bateriiFunkce CMC jsou: rozptýlení aktivního materiálu záporné elektrody a vodivého činidla; zahušťování a anti-sedimentační účinek na suspenzi negativní elektrody; pomocné lepení; stabilizuje procesní výkon elektrody a pomáhá zlepšit výkon cyklu baterie; zlepšit pevnost odlupování pólového nástavce atd.

Výkon a výběr CMC

Přidání CMC při výrobě elektrodové kaše může zvýšit viskozitu kaše a zabránit usazování kaše. CMC rozloží ionty sodíku a anionty ve vodném roztoku a viskozita lepidla CMC se sníží se zvýšením teploty, které snadno absorbuje vlhkost a má špatnou elasticitu.

CMC může hrát velmi dobrou roli v disperzi grafitu s negativní elektrodou. Jak se množství CMC zvyšuje, produkty jeho rozkladu přilnou k povrchu částic grafitu a částice grafitu se budou navzájem odpuzovat vlivem elektrostatické síly, čímž se dosáhne dobrého disperzního účinku.

Zjevnou nevýhodou CMC je, že je poměrně křehký. Pokud je jako pojivo použito veškeré CMC, grafitová záporná elektroda se během lisování a řezání pólového nástavce zhroutí, což způsobí vážné ztráty prášku. Zároveň je CMC značně ovlivněn poměrem materiálů elektrod a hodnotou pH a při nabíjení a vybíjení může dojít k prasknutí elektrodového listu, což přímo ovlivňuje bezpečnost baterie.

Zpočátku bylo pojivem používaným pro míchání záporných elektrod PVDF a další pojiva na bázi oleje, ale s ohledem na ochranu životního prostředí a další faktory se stalo hlavním proudem použití pojiv na vodní bázi pro záporné elektrody.

Dokonalé pojivo neexistuje, zkuste vybrat pojivo, které splňuje fyzikální zpracování a elektrochemické požadavky. S rozvojem technologie lithiových baterií, stejně jako s náklady a otázkami ochrany životního prostředí, pojiva na bázi vody nakonec nahradí pojiva na bázi oleje.

CMC dva hlavní výrobní procesy

Podle různých etherifikačních médií lze průmyslovou výrobu CMC rozdělit do dvou kategorií: metoda na bázi vody a metoda na bázi rozpouštědla. Metoda využívající vodu jako reakční médium se nazývá metoda vodního média, která se používá k výrobě alkalického média a CMC nízké kvality. Způsob použití organického rozpouštědla jako reakčního média se nazývá rozpouštědlový způsob, který je vhodný pro výrobu středně a vysoce kvalitní CMC. Tyto dvě reakce se provádějí v hnětači, který patří k procesu hnětení a je v současnosti hlavní metodou výroby CMC.

Metoda vodního média: dřívější průmyslový výrobní proces, metoda spočívá v reakci alkalické celulózy a etherifikačního činidla za podmínek volné alkálie a vody, která se používá k přípravě středně a nízkokvalitních produktů CMC, jako jsou detergenty a textilní klížidla Počkejte . Výhodou metody vodního média je, že požadavky na zařízení jsou relativně jednoduché a náklady jsou nízké; nevýhodou je, že v důsledku nedostatku velkého množství kapalného média teplo vznikající reakcí zvyšuje teplotu a zrychluje rychlost vedlejších reakcí, což má za následek nízkou účinnost etherifikace a špatnou kvalitu produktu.

rozpouštědlová metoda; také známá jako metoda organického rozpouštědla, je rozdělena na metodu hnětení a metodu suspenzní podle množství reakčního ředidla. Jeho hlavním rysem je, že alkalizační a etherifikační reakce se provádějí za podmínek organického rozpouštědla jako reakčního média (ředidla). Stejně jako reakční proces vodní metody se rozpouštědlová metoda také skládá ze dvou stupňů alkalizace a etherifikace, ale reakční prostředí těchto dvou stupňů je odlišné. Výhodou rozpouštědlové metody je, že vynechává procesy alkalického namáčení, lisování, drcení a stárnutí, které jsou vlastní vodní metodě, a alkalizace a etherifikace se všechny provádějí v hnětači; nevýhodou je, že regulovatelnost teploty je relativně špatná a požadavky na prostor jsou relativně špatné. ,vyšší náklady.