CMC používá v bateriovém průmyslu

Co je sodná sůl karboxymethylcelulózy?

Sodná sůl karboxymethylcelulózy, (také nazývaná: sodná sůl karboxymethylcelulózy, karboxymethylcelulóza, CMC, karboxymethyl, celulózaSodium, sodná sůl karboxymethylcelulózy) je celosvětově nejrozšířenějším typem vlákniny, dávkování max.

Cmc-na je derivát celulózy se stupněm polymerace 100~2000 a molekulovou hmotností 242,16. Bílý vláknitý nebo zrnitý prášek. Bez zápachu, bez chuti, bez chuti, hygroskopický, nerozpustný v organických rozpouštědlech. Tento článek slouží především k pochopení aplikace sodné soli karboxymethylcelulózy v detailech lithium-iontových baterií.

Pokrok v aplikaci sodné soli karboxymethylcelulózy CMCv lithium-iontových bateriích

V současnosti je polyvinylidenfluorid [pVDF, (CH: A CF:)] široce používán jako pojivo při výrobě lithium-iontových baterií. . PVDF je nejen drahý, ale také je třeba jej použít v procesu aplikace výbušnin, šetrných k životnímu prostředí organických rozpouštědel, jako je N methyl, který alkanketon (NMp) a vlhkost vzduchu požadavky na výrobní proces přísně, také snadno s vloženým kov lithium, lithium grafit sekundární reakce, zejména v podmínkách vysoké teploty, spontánní riziko tepelného úniku. Sodná sůl karboxymethylcelulózy (CMC), ve vodě rozpustné pojivo, se používá jako náhrada pVDF pro elektrodové materiály, což může zabránit použití NMp, snížit náklady a snížit znečištění životního prostředí. Výrobní proces současně nevyžaduje vlhkost prostředí, ale také může zlepšit kapacitu baterie, prodloužit životnost cyklu. V tomto článku byla přezkoumána role CMC ve výkonu lithium-iontové baterie a byl shrnut mechanismus CMC zlepšující výkon baterie z hlediska tepelné stability, elektrické vodivosti a elektrochemických charakteristik.

1. Struktura a výkon CMC

1) Struktura CMC

CMC je obecně klasifikován podle různého stupně substituce (Ds) a morfologie produktu a výkon jsou výrazně ovlivněny Ds. LXie a kol. studovali THE CMC s Ds různých H párů Na. Výsledky analýzy SEM ukázaly, že CMC-Li-1 (Ds = 1,00) vykazoval zrnitou strukturu a CMC-Li-2 (Ds = 0,62) vykazoval lineární strukturu. Výzkum M. E et al prokázal, že CMC. Styren-butadienový kaučuk (SBR) může inhibovat aglomeraci Li:O a stabilizovat strukturu rozhraní, což je výhodné pro elektrochemický výkon.

2) Výkon CMC

2.1)Tepelná stabilita

Zj Han a kol. studoval tepelnou stabilitu různých pojiv. Kritická teplota pVDF je asi 4500C. Při dosažení 500 ℃ dochází k rychlému rozkladu a hmotnost se sníží asi o 70 %. Když teplota dosáhla 600 °C, hmotnost se dále snížila o 70 %. Když teplota dosáhla 300 °C, hmotnost CMC-Li se snížila o 70 %. Když teplota dosáhla 400 °C, hmotnost CMC-Li se snížila o 10 %. CMCLi se na konci životnosti baterie rozkládá snadněji než pVDF.

2.2)Elektrická vodivost

S. Chou a kol. Výsledky testu ukázaly, že měrný odpor CMCLI-1, CMC-Li-2 a pVDF byl 0,3154 Mn·m, respektive 0,2634 Mn. M a 20,0365 Mn·m, což ukazuje, že měrný odpor pVDF je vyšší než CMCLi, vodivost CMC-LI je lepší než vodivost pVDF a vodivost CMCLI.1 je nižší než vodivost CMCLI.2.

2.3)Elektrochemický výkon

FM Courtel a kol. studovali cyklické voltametrické křivky elektrod na bázi polysulfonátu (AQ) při použití různých pojiv. Různá pojiva mají různé oxidační a redukční reakce, takže potenciál píku je různý. Mezi nimi je oxidační potenciál CMCLi 2,15 V a redukční potenciál je 2,55 V. Oxidační potenciál pVDF byl 2,605 V a redukční potenciál 1,950 V. Ve srovnání s cyklickými voltametrickými křivkami z předchozích dvou časů byl rozdíl potenciálu vrcholu oxidačně-redukčního píku, když bylo použito pojivo CMCLi, menší než ten, kdy bylo použito pVDF, což naznačuje, že reakce byla méně bráněna a pojivo CMCLi více napomáhalo výskyt oxidačně-redukční reakce.

2. Aplikační efekt a mechanismus CMC

1) Aplikační efekt

Pj Suo a kol. studovali elektrochemické vlastnosti kompozitních materiálů Si/C, když byly jako pojiva použity pVDF a CMC, a zjistili, že baterie využívající CMC měla poprvé reverzibilní specifickou kapacitu 700 mAh/g a stále měla 597 mAh/g po 4O cyklech, což byla lepší než baterie používající pVDF. Jh Lee a kol. studovali vliv Ds CMC na stabilitu grafitové suspenze a věřili, že kvalita kapaliny suspenze byla určena Ds. Při nízkém DS má CMC silné hydrofobní vlastnosti a může zvýšit reakci s grafitovým povrchem, když se jako médium použije voda. CMC má také výhody v zachování stability cyklických vlastností anodových materiálů ze slitin křemíku a cínu. Elektrody NiO byly připraveny s různými koncentracemi (0,1mouL, 0,3mol/L a 0,5mol/L) pojiva CMC a pVDF a nabity a vybity při 1,5-3,5V proudem 0,1c. Během prvního cyklu byla kapacita vazebné buňky pVDF vyšší než kapacita vazebné buňky CMC. Když počet cyklů dosáhne 10, kapacita vybíjení pVDF pojiva se zjevně snižuje. Po cyklech 4JD se specifické vybíjecí kapacity 0,1movL, 0,3MOUL a 0,5MovLPVDF pojiva snížily na 250mAh/g, 157mAtv'g a 102mAh/g, v tomto pořadí: Specifické vybíjecí kapacity baterií s 0,1 mol/L, 0,3 mol/L a 0,5 mol/LCMC pojiva byly udržovány při 698mAh/g, 555mAh/ga ​​550mAh/g, v tomto pořadí.

Na LiTI0 se používá pojivo CMC. : a nanočástice SnO2 v průmyslové výrobě. Při použití CMC jako pojiva, LiFepO4 a Li4TI50l2 jako pozitivních a negativních aktivních materiálů a při použití pYR14FS1 jako elektrolytu zpomalujícího hoření byla baterie cyklována 150krát při proudu 0,1 c při 1,5 V ~ 3,5 V při teplotě a pozitivní specifické kapacita byla udržována na 140 mAh/g. Mezi různými kovovými solemi v CMC zavádí CMCLi další kovové ionty, které mohou inhibovat „výměnnou reakci (vii)“ v elektrolytu během cirkulace.

2) Mechanismus zlepšování výkonnosti

CMC Li pojivo může zlepšit elektrochemický výkon základní elektrody AQ v lithiové baterii. M. E a kol. -4 provedla předběžnou studii mechanismu a navrhla model distribuce CMC-Li v elektrodě AQ. Dobrý výkon CMCLi pochází ze silného vazebného účinku vodíkových můstků produkovaných OH, což přispívá k účinné tvorbě síťových struktur. Hydrofilní CMC-Li se nerozpustí v organickém elektrolytu, takže má dobrou stabilitu v baterii a má silnou adhezi ke struktuře elektrody, díky čemuž má baterie dobrou stabilitu. Pojivo Cmc-li má dobrou vodivost Li, protože na molekulárním řetězci CMC-Li je velký počet funkčních skupin. Při vybíjení existují dva zdroje účinných látek působících s Li: (1) Li v elektrolytu; (2) Li na molekulárním řetězci CMC-Li blízko efektivního centra účinné látky.

Reakce hydroxylové skupiny a hydroxylové skupiny v karboxymethyl CMC-Li pojivu vytvoří kovalentní vazbu; Při působení síly elektrického pole se U může přenášet na molekulární řetězec nebo sousední molekulární řetězec, to znamená, že struktura molekulárního řetězce nebude poškozena; Nakonec se Lj naváže na částici AQ. To ukazuje, že použití CMCLi nejen zlepšuje přenosovou účinnost Li, ale také zlepšuje míru využití AQ. Čím vyšší je obsah cH: COOLi a 10Li v molekulárním řetězci, tím snazší je přenos Li. M. Arrmand a kol. věřili, že organické sloučeniny -COOH nebo OH mohou reagovat s 1 Li a produkovat 1 CO0Li nebo 10Li při nízkém potenciálu. Aby bylo možné dále prozkoumat mechanismus pojiva CMCLi v elektrodě, byl jako aktivní materiál použit CMC-Li-1 a byly získány podobné závěry. Li reaguje s jedním cH, COOH a jedním 0H z CMC Li a generuje cH: COOLi a jeden 0 “, jak je znázorněno v rovnicích (1) a (2)

Jak se zvyšuje počet cH, COOLi a OLi, zvyšuje se THE DS CMC-Li. To ukazuje, že organická vrstva složená převážně z povrchového pojiva částic AQ se stává stabilnější a snadněji se přenáší Li. CMCLi je vodivý polymer, který zajišťuje transportní cestu pro Li k dosažení povrchu částic AQ. Pojiva CMCLi mají dobrou elektronickou a iontovou vodivost, což má za následek dobrý elektrochemický výkon a dlouhou životnost elektrod CMCLi. JS Bridel a kol. připravil anodu lithium-iontové baterie pomocí kompozitních materiálů křemík/uhlík/polymer s různými pojivy ke studiu vlivu interakce mezi křemíkem a polymerem na celkový výkon baterie a zjistil, že CMC má nejlepší výkon při použití jako pojivo. Mezi křemíkem a CMC je silná vodíková vazba, která má samoopravnou schopnost a dokáže upravit zvyšující se namáhání materiálu během procesu cyklování tak, aby byla zachována stabilita struktury materiálu. S CMC jako pojivem může být kapacita křemíkové anody udržována nad 1000 mAh/g alespoň ve 100 cyklech a coulombovská účinnost se blíží 99,9 %.

3, závěr

Jako pojivo lze materiál CMC použít v různých typech elektrodových materiálů, jako je přírodní grafit, mezofázové uhlíkové mikrokuličky (MCMB), titaničitan lithný, anodový materiál na bázi cínu na bázi křemíku a anodový materiál na bázi fosforečnanu lithného, ​​což může zlepšit baterii. kapacita, stabilita cyklu a životnost cyklu ve srovnání s pYDF. Je prospěšný pro tepelnou stabilitu, elektrickou vodivost a elektrochemické vlastnosti CMC materiálů. Existují dva hlavní mechanismy, jak CMC zlepšit výkon lithium-iontových baterií:

(1) Stabilní lepicí výkon CMC vytváří nezbytný předpoklad pro získání stabilního výkonu baterie;

(2) CMC má dobrou elektronovou a iontovou vodivost a může podporovat přenos Li