CMC používá v průmyslu baterií

Co je karboxymethyl celulóza sodíku?

Karboxymethylcelulóza sodíku (také nazývaná: sodná sodná sodná, karboxymethyllulóza, CMC, karboxymethyl, celulóza, sodíksaltofcaboxymethylcelulóza) je nejrozšířenější typy vlákna, dosage maxima.

CMC-NA je derivát celulózy se stupněm polymerace 100 ~ 2000 a molekulovou hmotností 242,16. Bílý vláknitý nebo granulovaný prášek. Bez zápachu, bez chuti, bez chuti, hygroskopické, nerozpustné v organických rozpouštědlech. Tento článek hlavně porozumět aplikaci karboxymethylcelulózy sodíku v detailech lithium iontové baterie.

Pokrok v aplikaci karboxymethylcelulózy sodného sodného CMCv lithium iontových bateriích

V současné době je polyvinyliden fluorid [PVDF, (CH: a CF :)] široce používán jako pojivo při výrobě lithium -iontových baterií. . PVDF je nejen drahý, musí se také použít v procesu aplikace výbušných, přátelských k prostředí organických rozpouštědel, jako je n methyl, které alkanový keton (NMP) a požadavky na vlhkost vzduchu striktně, také snadno s embedded Kovový lithium, sekundární reakce lithia, zejména ve stavu vysoké teploty, spontánní riziko tepelného útěku. Karboxymethylcelulóza sodíku (CMC), voda rozpustný pojivo, se používá jako náhrada PVDF pro elektrodové materiály, které se mohou vyhnout použití NMP, snížit náklady a snížit znečištění životního prostředí. Současně výrobní proces nevyžaduje vlhkost prostředí, ale také může zlepšit kapacitu baterie, prodloužit životnost cyklu. V tomto článku byla přezkoumána role CMC při výkonu lithium -iontové baterie a mechanismus CMC zlepšuje výkon baterie z aspektů tepelné stability, elektrické vodivosti a elektrochemických charakteristik.

1. Struktura a výkon CMC

1) Struktura CMC

CMC je obecně klasifikována podle různých stupňů substituce (DS) a morfologie a výkonnost produktu jsou DS velmi ovlivněny. Lxie et al. studoval CMC s DS různých párů H NA. Výsledky analýzy SEM ukázaly, že CMC-LI-1 (DS = 1,00) představoval granulární strukturu a CMC-LI-2 (DS = 0,62) představoval lineární strukturu. Výzkum M. E a kol. Prokázal, že CMC. Styrene butadienská guma (SBR) může inhibovat aglomeraci Li: O a stabilizovat strukturu rozhraní, což je prospěšné pro elektrochemický výkon.

2) CMC výkon

2.1)Tepelná stabilita

ZJ Han et al. studoval tepelnou stabilitu různých pojiv. Kritická teplota PVDF je asi 4500 ° C. Při dosažení 500 ℃ dochází k rychlému rozkladu a hmotnost se sníží asi o 70%. Když teplota dosáhla 600 ℃, hmotnost byla dále snížena o 70%. Když teplota dosáhla 300 ° C, hmotnost CMC-LI byla snížena o 70%. Když teplota dosáhla 400 ℃, hmotnost CMC-LI byla snížena o 10%. CMCLI je na konci výdrže baterie snadněji rozložen než PVDF.

2.2)Elektrická vodivost

S. Chou et al. Výsledky testu ukázaly, že odpor CMCLI-1, CMC-LI-2 a PVDF byl 0,3154 mn · m a 0,2634 mn. M a 20,0365 mn · m, což ukazuje, že odpor PVDF je vyšší než u CMCLI, vodivost CMC-LI je lepší než vodivost PVDF a vodivost CMCLI.1 je nižší než u CMCLI.2.

2.3)Elektrochemický výkon

FM Courtel et al. Studoval cyklické voltametrie křivky elektrod založených na poly-sulfonátu (AQ), když se použila různá pojiva. Různá pojiva mají různé oxidační a redukční reakce, takže špičkový potenciál je odlišný. Mezi nimi je oxidační potenciál CMCLI 2,15 V a redukční potenciál je 2,55 V. Oxidační potenciál a redukční potenciál PVDF byly 2,605 V a 1,950 V. Ve srovnání s cyklickou voltametrickou křivkou předchozích dvakrát byl rozdíl v maximálním potenciálu oxidační redukce, když byl použit pořadač CMCLI, menší než když byl použit PVDF, což naznačuje, že reakce byla méně bráněna a pořadač CMCLI byl více vedení pro pořadatel výskyt oxidační redukční reakce.

2. účinek aplikace a mechanismus CMC

1) Účinek aplikace

PJ Suo et al. Studoval elektrochemický výkon kompozitních materiálů Si/C, když byly použity PVDF a CMC jako pojiva, a zjistila, že baterie používající CMC měla poprvé reverzibilní specifickou kapacitu 700 mAh/g a po 4o cyklech měla stále 597 mAh/g, která měla po 4o cyklech 597 mAh/g. byl lepší než baterie pomocí PVDF. JH Lee et al. studoval vliv DS CMC na stabilitu grafitového suspenze a věřil, že kvalita suspenze kapaliny byla stanovena DS. Při nízkém DS má CMC silné hydrofobní vlastnosti a může zvýšit reakci s grafitovým povrchem, když se voda používá jako médium. CMC má také výhody při zachování stability cyklických vlastností materiálů anodových materiálů křemíku - cínových slitin. Elektrody NIO byly připraveny s různými koncentracemi (0,1Moul, 0,3mol/l a 0,5mol/l) CMC a PVDF pojivo a nabité a vypouštěny při 1,5-3,5 V proudu 0,1 ° C. Během prvního cyklu byla kapacita pojivové buňky PVDF vyšší než kapacita buňky pojiva CMC. Když počet cyklů dosáhne LO, výbojová kapacita pojiva PVDF se zjevně sníží. Po 4JD cyklech se specifické výbojové kapacity 0,1movl, 0,3Moul a 0,5movlpvdf pojiva snížily na 250 mAh/g, 157Matv 'g a 102 mAh/g, v tomto pořadí: výbojové specifické kapacity baterií s 0,1 mol/l a 0,5 mol/LCMC pojivo bylo udržováno na 698 mAh/g, 555 mAh/g, respektive 550 mAh/g.

CMC Binder se používá na LITI0. : a nanočástice SNO2 v průmyslové produkci. Použití CMC jako pořadače, LifePo4 a Li4Ti50L2 jako pozitivních a negativních aktivních materiálů, respektive, a použití Pyr14FS1 jako elektrolytu zpomalujícího hoření, byla baterie 150krát v proudu 0,1 ° C při 1,5 V ~ 3,5 V při teplotě a pozitivní specifická Kapacita byla udržována na 140 mAh/g. Mezi různé kovové soli v CMC zavádí CMCLI další kovové ionty, které během oběhu mohou inhibovat „výměnnou reakci (VII)“ v elektrolytu.

2) Mechanismus zlepšování výkonu

CMC Li Binder může zlepšit elektrochemický výkon AQ základní elektrody v lithiové baterii. M. E a kol. -4 provedl předběžnou studii o mechanismu a navrhl model distribuce CMC-LI v elektrodě AQ. Dobrý výkon CMCLI pochází ze silného účinku vazby vodíkových vazeb produkovaných OH, který přispívá k efektivní tvorbě síťových struktur. Hydrofilní CMC-LI se v organickém elektrolytu nerozpustí, takže má dobrou stabilitu v baterii a má silnou adhezi na strukturu elektrod, díky čemuž je baterie dobrou stabilitu. CMC-LI Binder má dobrou Li vodivost, protože v molekulárním řetězci CMC-LI existuje velké množství funkčních skupin. Během vypouštění existují dva zdroje účinných látek působících s LI: (1) LI v elektrolytu; (2) LI na molekulárním řetězci CMC-LI poblíž účinného centra účinné látky.

Reakce hydroxylové skupiny a hydroxylové skupiny v karboxymethyl CMC-LI pořadačem bude tvořit kovalentní vazbu; Pod působením síly elektrického pole U může U přenášet na molekulárním řetězci nebo sousedním molekulárním řetězci, tj. Struktura molekulárního řetězce nebude poškozena; Nakonec se LJ spojí s částicí AQ. To ukazuje, že aplikace CMCLI nejen zlepšuje účinnost přenosu LI, ale také zlepšuje míru využití vod. Čím vyšší je obsah CH: COOLI a 10LI v molekulárním řetězci, tím snazší přenos LI. M. Arrmand et al. věřil, že organické sloučeniny -COOH nebo OH mohou reagovat s 1 LI a produkovat 1 C00LI nebo 1 0LI při nízkém potenciálu. Za účelem dalšího prozkoumání mechanismu pořadače CMCLI v elektrodě byl CMC-LI-1 použit jako aktivní materiál a byly získány podobné závěry. Li reaguje s jedním CH, COOH a jedním 0H od CMC li a generuje ch: cooli a jeden 0 „, jak je znázorněno v rovnicích (1) a (2)

Jak se počet CH, COOLI a OLI zvyšuje, zvyšuje se DS CMC-LI. To ukazuje, že organická vrstva složená hlavně z pořadače povrchu částic AQ se stává stabilnější a snadněji přenáší LI. CMCLI je vodivý polymer, který poskytuje transportní trasu pro LI k dosažení povrchu částic AQ. Pořadače CMCLI mají dobrou elektronickou a iontovou vodivost, což má za následek dobrý elektrochemický výkon a dlouhou životnost cyklu elektrod CMCLI. JS Bridel et al. Připravil anodu lithium -iontové baterie s použitím kompozitních materiálů křemíku/uhlíku/polymeru s různými pojivami ke studiu vlivu interakce mezi křemíkem a polymerem na celkový výkon baterie a zjistila, že CMC měl nejlepší výkon, když byl použit jako pojivo. Mezi křemíkem a CMC existuje silná vodíková vazba, která má schopnost samoléčení a může upravit zvyšující se napětí materiálu během cyklistického procesu, aby se zachovala stabilita struktury materiálu. S CMC jako pořadačem může být kapacita silikonové anody udržována nad 1000 mAh/g v nejméně 100 cyklech a účinnost Coulomb je téměř 99,9%.

3, závěr

Jako pojivo lze jako materiál CMC použít v různých typech elektrodových materiálů, jako je přírodní grafit, uhlíkové mikrosfér mezofázového uhlíku (MCMB), lithium titanátu, plechový křemík na bázi anodového materiálu na bázi lithium železa, které mohou vylepšit baterii, které mohou zlepšit baterii Kapacita, stabilita cyklu a životnost cyklu ve srovnání s PYDF. Je prospěšný pro tepelnou stabilitu, elektrickou vodivost a elektrochemické vlastnosti materiálů CMC. Pro CMC existují dva hlavní mechanismy pro zlepšení výkonu lithium -iontových baterií:

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

(2) CMC má dobrou vodivost elektronů a iontů a může podporovat přenos Li