CMC kasutab akutööstuses

Mis on naatriumkarboksümetüültselluloos?

Naatriumkarboksümetüültselluloos (nimetatakse ka: karboksümetüültselluloosi naatriumsool, karboksümetüültselluloos, CMC, karboksümetüül, tselluloosNaatrium, karboksümetüültselluloosi naatriumsool) on maailmas enimkasutatav kiudaine, maksimaalne annus.

Cmc-na on tselluloosi derivaat polümerisatsiooniastmega 100-2000 ja molekulmassiga 242,16. Valge kiuline või granuleeritud pulber. Lõhnatu, maitsetu, maitsetu, hügroskoopne, orgaanilistes lahustites lahustumatu. See artikkel on mõeldud peamiselt naatriumkarboksümetüültselluloosi kasutamise mõistmiseks liitiumioonaku üksikasjades.

Edusammud naatriumkarboksümetüültselluloosi rakendamisel CMCliitiumioonakudes

Praegu kasutatakse liitiumioonakude tootmisel sideainena laialdaselt polüvinülideenfluoriidi [pVDF, (CH: A CF:)]. . PVDF ei ole mitte ainult kallis, vaid seda tuleb kasutada ka plahvatusohtlike, keskkonnasõbralike orgaaniliste lahustite, näiteks N-metüüli, mille alkaanketooni (NMp) ja õhuniiskuse nõuded tootmisprotsessis on ranged, pealekandmisel, samuti on seda lihtne kasutada sisseehitatud lahustitega. metalli liitium, liitiumgrafiidi sekundaarne reaktsioon, eriti kõrge temperatuuri tingimustes, spontaanne termilise põgenemise oht. Naatriumkarboksümetüültselluloos (CMC), vees lahustuv sideaine, kasutatakse pVDF-i asendajana elektroodide materjalides, mis võib vältida NMp kasutamist, vähendada kulusid ja keskkonnareostust. Samal ajal ei nõua tootmisprotsess keskkonna niiskust, vaid võib ka parandada aku mahtuvust, pikendada tsükli eluiga. Käesolevas artiklis vaadeldi CMC rolli liitiumioonaku jõudluses ning võeti kokku soojusstabiilsuse, elektrijuhtivuse ja elektrokeemiliste omaduste aspektidest lähtudes CMC aku jõudlust parandava mehhanismi.

1. CMC struktuur ja toimivus

1) CMC struktuur

CMC klassifitseeritakse üldiselt erineva asendusastme (D) järgi ning toote morfoloogiat ja toimivust mõjutavad suuresti D-d. LXie et al. uuris CMC-d erinevate Na H paaride D-dega. SEM analüüsi tulemused näitasid, et CMC-Li-1 (Ds = 1,00) esitas granulaarse struktuuri ja CMC-Li-2 (Ds = 0,62) lineaarset struktuuri. M. E jt uuringud tõestasid, et CMC. Stüreenbutadieenkumm (SBR) võib pärssida Li:O aglomeratsiooni ja stabiliseerida liidese struktuuri, mis on kasulik elektrokeemilisele jõudlusele.

2) CMC jõudlus

2.1 )Termiline stabiilsus

Zj Han et al. uuris erinevate sideainete termilist stabiilsust. pVDF kriitiline temperatuur on umbes 4500C. 500 ℃ saavutamisel toimub kiire lagunemine ja mass väheneb umbes 70%. Kui temperatuur jõudis 600 ℃, vähenes mass veelgi 70%. Kui temperatuur jõudis 300oC-ni, vähenes CMC-Li mass 70%. Kui temperatuur jõudis 400 ℃, vähenes CMC-Li mass 10%. CMCLi laguneb aku kasutusaja lõpus kergemini kui pVDF.

2.2 )Elektrijuhtivus

S. Chou et al. testi tulemused näitasid, et CMCLI-1, CMC-Li-2 ja pVDF eritakistus oli vastavalt 0,3154 Mn·m ja 0,2634 Mn. M ja 20,0365 Mn·m, mis näitab, et pVDF-i eritakistus on kõrgem kui CMCL-il, CMC-LI juhtivus on parem kui pVDF-il ja CMCLI.1 juhtivus on väiksem kui CMCLI.2-l.

2.3)Elektrokeemiline jõudlus

FM Courtel et al. uuris polüsulfonaadil (AQ) põhinevate elektroodide tsüklilisi voltammeetriakõveraid, kui kasutati erinevaid sideaineid. Erinevatel sideainetel on erinevad oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonid, seega on tipppotentsiaal erinev. Nende hulgas on CMCLi oksüdatsioonipotentsiaal 2,15 V ja redutseerimispotentsiaal 2,55 V. pVDF-i oksüdatsioonipotentsiaal ja redutseerimispotentsiaal olid vastavalt 2,605 V ja 1,950 V. Võrreldes eelmise kahe korra tsüklilise voltamperomeetria kõveratega, oli oksüdatsiooni-redutseerimise piigi tipppotentsiaalide erinevus CMCLi sideaine kasutamisel väiksem kui pVDF-i kasutamisel, mis näitab, et reaktsioon oli vähem takistatud ja CMCLi sideaine soodustas paremini. oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsiooni toimumine.

2. CMC rakendusefekt ja mehhanism

1) Rakenduse efekt

Pj Suo et al. uuris Si/C komposiitmaterjalide elektrokeemilist jõudlust, kui sideainena kasutati pVDF-i ja CMC-d, ning leidis, et CMC-d kasutava aku pöörduv erimahtuvus oli esimest korda 700mAh/g ja pärast 4O tsüklit oli see siiski 597mAh/g. oli pVDF-i kasutavast akust parem. Jh Lee et al. uuris CMC D-de mõju grafiidi suspensiooni stabiilsusele ja uskus, et suspensiooni vedeliku kvaliteedi määras Ds. Madala DS korral on CMC-l tugevad hüdrofoobsed omadused ja see võib vee kasutamisel suurendada reaktsiooni grafiidipinnaga. CMC-l on eelised ka räni-tinasulami anoodimaterjalide tsükliliste omaduste stabiilsuse säilitamisel. NiO elektroodid valmistati erineva kontsentratsiooniga (0,1 mouL, 0,3 mol/L ja 0,5 mol/L) CMC ja pVDF sideainega ning laaditi ja tühjendati 1,5-3,5 V vooluga 0,1 c. Esimese tsükli ajal oli pVDF-i sideaineraku võimsus suurem kui CMC sideaineraku oma. Kui tsüklite arv jõuab lO, väheneb pVDF-i sideaine tühjendusvõime ilmselgelt. Pärast 4JD tsükleid langesid 0,1movL, 0,3MOUL ja 0,5MovLPVDF sideainete eritühjendusvõimsused vastavalt 250mAh/g, 157mAtv 'g ja 102mAh/g: Akude tühjenemise erivõimsused 0,1 mol/L.3 moL/L,/ ja 0,5 mol/LCMC sideainet hoiti vastavalt 698 mAh/g, 555 mAh/g ja 550 mAh/g juures.

LiTI0 puhul kasutatakse CMC sideainet. : ja SnO2 nanoosakesed tööstuslikus tootmises. Kasutades sideainena CMC-d, positiivsete ja negatiivsete toimeainetena vastavalt LiFepO4 ja Li4TI50l2 ning kasutades leegiaeglustava elektrolüüdina pYR14FS1, töödeldi akut 150 korda vooluga 0,1c 1,5V ~ 3,5V temperatuuril ja positiivne spetsiifiline mahtuvus hoiti 140 mAh/g. Erinevate CMC metallisoolade hulgas tutvustab CMCLi teisi metalliioone, mis võivad tsirkulatsiooni ajal pärssida elektrolüüdis "vahetusreaktsiooni (vii)".

2) Toimivuse parandamise mehhanism

CMC Li sideaine võib parandada liitiumaku AQ aluselektroodi elektrokeemilist jõudlust. M.E et al. -4 viis läbi mehhanismi eeluuringu ja pakkus välja mudeli CMC-Li jaotumiseks AQ-elektroodis. CMCLi hea jõudlus tuleneb OH poolt toodetud vesiniksidemete tugevast siduvast mõjust, mis aitab kaasa võrgustruktuuride tõhusale moodustamisele. Hüdrofiilne CMC-Li ei lahustu orgaanilises elektrolüüdis, seega on sellel akus hea stabiilsus ja tugev nakkumine elektroodi struktuuriga, mis muudab aku hea stabiilsuse. Cmc-li sideainel on hea Li juhtivus, kuna CMC-Li molekulaarahelas on suur hulk funktsionaalseid rühmi. Tühjenemise ajal on Li-ga mõjuvatel tõhusatel ainetel kaks allikat: (1) Li elektrolüüdis; (2) Li CMC-Li molekulaarsel ahelal toimeaine efektiivse keskpunkti lähedal.

Hüdroksüülrühma ja hüdroksüülrühma reaktsioon karboksümetüül-CMC-Li sideaines moodustab kovalentse sideme; Elektrivälja jõu mõjul võib U üle kanda molekulaarahelale või külgnevale molekulaarahelale, see tähendab, et molekulaarahela struktuur ei kahjustata; Lõpuks seostub Lj AQ osakesega. See näitab, et CMCLi kasutamine mitte ainult ei paranda Li edastustõhusust, vaid parandab ka AQ kasutusmäära. Mida suurem on cH: COOLi ja 10Li sisaldus molekulaarahelas, seda lihtsam on Li ülekandmine. M. Arrmand et al. usuti, et -COOH või OH orgaanilised ühendid võivad reageerida vastavalt 1 Li-ga ja tekitada madala potentsiaaliga 1 C00Li või 10Li. CMCLi sideaine mehhanismi edasiseks uurimiseks elektroodis kasutati aktiivse materjalina CMC-Li-1 ja tehti sarnased järeldused. Li reageerib ühe cH, COOH ja ühe 0H-ga CMC Li-st ning genereerib vastavalt cH: COOLi ja ühe 0 ", nagu on näidatud võrrandites (1) ja (2)

Kui cH, COOLi ja OLi arv suureneb, suureneb CMC-Li DS. See näitab, et peamiselt AQ osakeste pinnasideainest koosnev orgaaniline kiht muutub stabiilsemaks ja Li-i hõlpsamini ülekantavaks. CMCLi on juhtiv polümeer, mis tagab Li transporditee AQ osakeste pinnale jõudmiseks. CMCLi sideainetel on hea elektrooniline ja ioonjuhtivus, mille tulemuseks on hea elektrokeemiline jõudlus ja CMCLi elektroodide pikk kasutusiga. JS Bridel et al. valmistas liitiumioonaku anoodi, kasutades räni/süsinik/polümeer komposiitmaterjale erinevate sideainetega, et uurida räni ja polümeeri interaktsiooni mõju aku üldisele jõudlusele ning leidis, et sideainena kasutamisel oli CMC-l parim jõudlus. Räni ja CMC vahel on tugev vesinikside, millel on iseparanemisvõime ja mis suudab reguleerida materjali kasvavat pinget tsükliprotsessi ajal, et säilitada materjali struktuuri stabiilsus. Kui sideainena kasutatakse CMC-d, saab ränianoodi võimsust hoida vähemalt 100 tsükli jooksul üle 1000 mAh/g ja kulonide efektiivsus on 99,9% lähedal.

3, järeldus

Sideainena saab CMC materjali kasutada erinevat tüüpi elektroodide materjalides, nagu looduslik grafiit, mesofaasi süsiniku mikrosfäärid (MCMB), liitiumtitanaat, tinapõhine ränipõhine anoodimaterjal ja liitiumraudfosfaatanoodi materjal, mis võib akut parandada. mahutavus, tsükli stabiilsus ja tsükli eluiga võrreldes pYDF-iga. See on kasulik CMC materjalide termilisele stabiilsusele, elektrijuhtivusele ja elektrokeemilistele omadustele. Liitiumioonakude jõudluse parandamiseks on CMC-l kaks peamist mehhanismi:

(1) CMC stabiilne sidumisvõime loob vajaliku eelduse aku stabiilse jõudluse saavutamiseks;

(2) CMC-l on hea elektronide ja ioonide juhtivus ning see võib soodustada Li ülekannet