CMC bruges i batteriindustrien

Hvad er natriumcarboxymethylcellulose?

Natriumcarboxymethylcellulose, (også kaldet: Carboxymethylcellulosenatriumsalt, Carboxymethylcellulose, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) er verdens mest udbredte fibertyper, dosis på maks.

Cmc-na er et cellulosederivat med en polymerisationsgrad på 100~2000 og en molekylvægt på 242,16. Hvidt fibrøst eller granulært pulver. Lugtfri, smagløs, smagløs, hygroskopisk, uopløselig i organiske opløsningsmidler. Dette papir hovedsagelig for at forstå anvendelsen af ​​natriumcarboxymethylcellulose i lithium-ion-batteridetaljer.

Fremskridt i anvendelsen af ​​natriumcarboxymethylcellulose CMCi lithium-ion-batterier

På nuværende tidspunkt er polyvinylidenfluorid [pVDF, (CH: A CF:)] meget udbredt som bindemiddel i produktionen af ​​lithium-ion-batterier. . PVDF er ikke kun dyrt, skal også bruge i processen med anvendelse af eksplosive, miljøvenlige organiske opløsningsmidler, såsom N-methyl, som alkanketonen (NMp) og luftfugtighedskravene til produktionsprocessen strengt, også let med indlejret metal lithium, lithium grafit sekundær reaktion, især i tilstanden af ​​høj temperatur, en spontan risiko for termisk løb. Natriumcarboxymethylcellulose (CMC), et vandopløseligt bindemiddel, bruges som erstatning for pVDF til elektrodematerialer, som kan undgå brugen af ​​NMp, reducere omkostningerne og reducere miljøforurening. Samtidig kræver produktionsprocessen ikke miljøfugtighed, men kan også forbedre batteriets kapacitet, forlænge cyklussens levetid. I dette papir blev CMC's rolle i lithiumionbatteriets ydeevne gennemgået, og mekanismen for CMC, der forbedrer batteriets ydeevne, blev opsummeret ud fra aspekterne termisk stabilitet, elektrisk ledningsevne og elektrokemiske egenskaber.

1. Struktur og ydeevne af CMC

1) CMC struktur

CMC klassificeres generelt efter forskellige substitutionsgrader (Ds), og produktmorfologien og ydeevnen er stærkt påvirket af Ds. LXie et al. studerede CMC'en med D'er af forskellige H-par af Na. SEM-analyseresultater viste, at CMC-Li-1 (Ds = 1,00) præsenterede en granulær struktur, og CMC-Li-2 (Ds = 0,62) præsenterede en lineær struktur. Undersøgelsen af ​​M. E et al. beviste, at CMC. Styrenbutadiengummi (SBR) kan hæmme agglomereringen af ​​Li:O og stabilisere grænsefladestrukturen, hvilket er gavnligt for den elektrokemiske ydeevne.

2) CMC ydeevne

2.1)Termisk stabilitet

Zj Han et al. studeret den termiske stabilitet af forskellige bindemidler. Den kritiske temperatur for pVDF er omkring 4500C. Når den når 500 ℃, sker der hurtig nedbrydning, og massen reduceres med omkring 70%. Da temperaturen nåede 600 ℃, blev massen yderligere reduceret med 70 %. Da temperaturen nåede 300oC, blev massen af ​​CMC-Li reduceret med 70%. Da temperaturen nåede 400 ℃, blev massen af ​​CMC-Li reduceret med 10%. CMCLi nedbrydes lettere end pVDF ved slutningen af ​​batteriets levetid.

2.2)Den elektriske ledningsevne

S. Chou et al. 's testresultater viste, at resistiviteten af ​​CMCLI-1, CMC-Li-2 og pVDF var henholdsvis 0,3154 Mn·m og 0,2634 Mn. M og 20,0365 Mn·m, hvilket indikerer, at resistiviteten af ​​pVDF er højere end den for CMCLi, ledningsevnen af ​​CMC-LI er bedre end den af ​​pVDF, og ledningsevnen af ​​CMCLI.1 er lavere end den af ​​CMCLI.2.

2.3)Elektrokemisk ydeevne

FM Courtel et al. undersøgte de cykliske voltammetrikurver for poly-sulfonat (AQ) baserede elektroder, når forskellige bindemidler blev brugt. Forskellige bindemidler har forskellige oxidations- og reduktionsreaktioner, så spidspotentialet er forskelligt. Blandt dem er oxidationspotentialet for CMCLi 2,15V, og reduktionspotentialet er 2,55V. Oxidationspotentialet og reduktionspotentialet for pVDF var henholdsvis 2,605 V og 1,950 V. Sammenlignet med de cykliske voltammetrikurver fra de foregående to gange var spidspotentialforskellen for oxidations-reduktionstoppen, når der blev brugt CMCLi-bindemiddel, mindre end når pVDF blev brugt, hvilket indikerer, at reaktionen var mindre hindret, og CMCLi-bindemidlet var mere befordrende for forekomsten af ​​oxidations-reduktionsreaktionen.

2. Anvendelseseffekt og mekanisme af CMC

1) Anvendelseseffekt

Pj Suo et al. undersøgte den elektrokemiske ydeevne af Si/C-kompositmaterialer, når pVDF og CMC blev brugt som bindemidler, og fandt ud af, at batteriet med CMC havde en reversibel specifik kapacitet på 700mAh/g for første gang og stadig havde 597mAh/g efter 4O-cyklusser, hvilket var batteriet bedre ved at bruge pVDF. Jh Lee et al. undersøgte indflydelsen af ​​Ds af CMC på stabiliteten af ​​grafitsuspension og mente, at væskekvaliteten af ​​suspension blev bestemt af Ds. Ved lav DS har CMC stærke hydrofobe egenskaber og kan øge reaktionen med grafitoverfladen, når vand bruges som medie. CMC har også fordele ved at opretholde stabiliteten af ​​de cykliske egenskaber af silicium - tinlegerede anodematerialer. NiO-elektroderne blev fremstillet med forskellige koncentrationer (0,1 mouL, 0,3 mol/L og 0,5 mol/L) CMC og pVDF-binder og ladet og afladet ved 1,5-3,5V med en strøm på 0,1c. Under den første cyklus var kapaciteten af ​​pVDF-bindercellen højere end CMC-bindercellens. Når antallet af cyklusser når lO, falder pVDF-bindemidlets udledningskapacitet tydeligt. Efter 4JD-cyklusser faldt de specifikke afladningskapaciteter for 0,1movL, 0,3MOUL og 0,5MovLPVDF bindemidler til henholdsvis 250mAh/g, 157mAtv 'g og 102mAh/g: Afladningsspecifikke kapaciteter for batterier med 0,1 mAh/mL,/03 moL. og 0,5 mol/LCMC bindemidlet blev holdt ved henholdsvis 698 mAh/g, 555 mAh/g og 550 mAh/g.

CMC bindemiddel bruges på LiTI0. : og SnO2 nanopartikler i industriel produktion. Ved at bruge CMC som bindemiddel, LiFepO4 og Li4TI50l2 som henholdsvis positive og negative aktive materialer og ved at bruge pYR14FS1 som flammehæmmende elektrolyt, blev batteriet cyklet 150 gange ved en strøm på 0,1c ved 1,5v ~ 3,5V ved temperatur, og den positive specifikke kapacitansen blev holdt på 140mAh/g. Blandt forskellige metalsalte i CMC introducerer CMCLi andre metalioner, som kan hæmme "udvekslingsreaktion (vii)" i elektrolyt under cirkulation.

2) Mekanisme for præstationsforbedring

CMC Li bindemiddel kan forbedre den elektrokemiske ydeevne af AQ base elektrode i lithium batteri. M.E et al. -4 gennemførte en foreløbig undersøgelse af mekanismen og foreslog en model for fordelingen af ​​CMC-Li i AQ-elektroden. Den gode ydeevne af CMCLi kommer fra den stærke bindingseffekt af hydrogenbindinger produceret af en OH, som bidrager til den effektive dannelse af mesh-strukturer. Den hydrofile CMC-Li vil ikke opløses i den organiske elektrolyt, så den har en god stabilitet i batteriet, og har en stærk vedhæftning til elektrodestrukturen, hvilket gør at batteriet har en god stabilitet. Cmc-li bindemiddel har god Li-ledningsevne, fordi der er et stort antal funktionelle grupper på molekylkæden af ​​CMC-Li. Under afladning er der to kilder til effektive stoffer, der virker med Li: (1) Li i elektrolytten; (2) Li på molekylkæden af ​​CMC-Li nær det effektive centrum af det aktive stof.

Reaktionen af ​​hydroxylgruppe og hydroxylgruppe i carboxymethyl CMC-Li bindemiddel vil danne kovalent binding; Under påvirkning af elektrisk feltkraft kan U overføre på molekylkæden eller tilstødende molekylærkæde, det vil sige, at molekylkædestrukturen ikke bliver beskadiget; Til sidst vil Lj binde til AQ-partiklen. Dette indikerer, at anvendelsen af ​​CMCLi ikke kun forbedrer overførselseffektiviteten af ​​Li, men også forbedrer udnyttelsesgraden af ​​AQ. Jo højere indholdet af cH: COOLi og 10Li i molekylkæden er, jo lettere Li-overførsel. M. Arrmand et al. mente, at organiske forbindelser af -COOH eller OH kunne reagere med henholdsvis 1 Li og producere 1 C00Li eller 1 0Li ved lavt potentiale. For yderligere at udforske mekanismen for CMCLi-bindemiddel i elektrode blev CMC-Li-1 brugt som aktivt materiale, og lignende konklusioner blev opnået. Li reagerer med en cH, COOH og en 0H fra CMC Li og genererer henholdsvis cH: COOLi og en 0 ", som vist i ligning (1) og (2)

Når antallet af cH, COOLi og OLi stiger, stiger THE DS af CMC-Li. Dette viser, at det organiske lag, der hovedsageligt består af AQ-partikeloverfladebindemiddel, bliver mere stabilt og lettere at overføre Li. CMCLi er en ledende polymer, der giver Li en transportvej til at nå overfladen af ​​AQ-partikler. CMCLi-bindere har god elektronisk og ionisk ledningsevne, hvilket resulterer i god elektrokemisk ydeevne og lang cykluslevetid for CMCLi-elektroder. JS Bridel et al. forberedte anoden af ​​lithium-ion batteri ved hjælp af silicium/carbon/polymer kompositmaterialer med forskellige bindemidler for at studere indflydelsen af ​​interaktionen mellem silicium og polymer på batteriets overordnede ydeevne, og fandt ud af, at CMC havde den bedste ydeevne, når det blev brugt som bindemiddel. Der er en stærk hydrogenbinding mellem silicium og CMC, som har selvhelbredende evne og kan justere materialets stigende stress under cyklingsprocessen for at opretholde stabiliteten af ​​materialestrukturen. Med CMC som bindemiddel kan kapaciteten af ​​siliciumanode holdes over 1000mAh/g i mindst 100 cyklusser, og coulomb-effektiviteten er tæt på 99,9%.

3, konklusion

Som bindemiddel kan CMC-materiale bruges i forskellige typer elektrodematerialer såsom naturlig grafit, mesofase carbon mikrosfærer (MCMB), lithiumtitanat, tinbaseret siliciumbaseret anodemateriale og lithiumjernphosphatanodemateriale, som kan forbedre batteriet kapacitet, cyklusstabilitet og cykluslevetid sammenlignet med pYDF. Det er gavnligt for den termiske stabilitet, elektriske ledningsevne og elektrokemiske egenskaber af CMC-materialer. Der er to hovedmekanismer for CMC til at forbedre ydeevnen af ​​lithium-ion-batterier:

(1) CMC's stabile bindingsydelse skaber en nødvendig forudsætning for at opnå stabil batteriydelse;

(2) CMC har god elektron- og ionledningsevne og kan fremme Li-overførsel