CMC:tä käytetään akkuteollisuudessa

Mikä on natriumkarboksimetyyliselluloosa?

Natriumkarboksimetyyliselluloosa, (kutsutaan myös: karboksimetyyliselluloosan natriumsuola, karboksimetyyliselluloosa, CMC, karboksimetyyli, selluloosaNatrium, karboksimetyyliselluloosan natriumsuola) on maailman laajimmin käytetty kuitulaji, maksimiannos.

Cmc-na on selluloosajohdannainen, jonka polymerointiaste on 100-2000 ja molekyylipaino 242,16. Valkoinen kuitumainen tai rakeinen jauhe. Hajuton, mauton, mauton, hygroskooppinen, liukenematon orgaanisiin liuottimiin. Tämä artikkeli käsittelee pääasiassa natriumkarboksimetyyliselluloosan käyttöä litiumioniakkujen yksityiskohdissa.

Natriumkarboksimetyyliselluloosan käytön edistyminen CMClitiumioniakuissa

Tällä hetkellä polyvinylideenifluoridia [pVDF, (CH: A CF:)] käytetään laajalti sideaineena litiumioniakkujen valmistuksessa. . PVDF ei ole vain kallista, vaan sitä on myös käytettävä levitysprosessissa räjähdysvaarallisia, ympäristöystävällisiä orgaanisia liuottimia, kuten N-metyyliä, jonka alkaaniketoni (NMp) ja ilman kosteusvaatimukset tuotantoprosessissa ovat tiukat, myös helposti upotettuina. metalli litium, litiumgrafiitti toissijainen reaktio, erityisesti tilassa korkeassa lämpötilassa, spontaani riski lämpö karkaa. Natriumkarboksimetyyliselluloosaa (CMC), vesiliukoista sideainetta, käytetään pVDF:n korvikkeena elektrodimateriaaleille, mikä voi välttää NMp:n käytön, vähentää kustannuksia ja vähentää ympäristön saastumista. Samaan aikaan tuotantoprosessi ei vaadi ympäristön kosteutta, mutta se voi myös parantaa akun kapasiteettia, pidentää syklin käyttöikää. Tässä artikkelissa tarkasteltiin CMC:n roolia litiumioniakun suorituskyvyssä ja tiivistettiin CMC:n mekanismi, joka parantaa akun suorituskykyä lämpöstabiilisuuden, sähkönjohtavuuden ja sähkökemiallisten ominaisuuksien näkökulmasta.

1. CMC:n rakenne ja suorituskyky

1) CMC-rakenne

CMC luokitellaan yleensä substituutioasteen (Ds) mukaan, ja D:t vaikuttavat suuresti tuotteen morfologiaan ja suorituskykyyn. LXie et ai. tutki CMC:tä eri Na:n H-parien D:illä. SEM-analyysitulokset osoittivat, että CMC-Li-1 (Ds = 1,00) esitti rakeisen rakenteen ja CMC-Li-2 (Ds = 0,62) lineaarisen rakenteen. M. E et al:n tutkimus osoitti, että CMC. Styreenibutadieenikumi (SBR) voi estää Li:O:n ​​agglomeroitumista ja stabiloida rajapintarakenteen, mikä on hyödyllistä sähkökemiallisen suorituskyvyn kannalta.

2) CMC-suorituskyky

2.1 )Lämpöstabiilisuus

Zj Han et ai. tutkii eri sideaineiden lämpöstabiilisuutta. pVDF:n kriittinen lämpötila on noin 4500C. Kun lämpötila saavutetaan 500 ℃, tapahtuu nopeaa hajoamista ja massa pienenee noin 70 %. Kun lämpötila saavutti 600 ℃, massa väheni edelleen 70 %. Kun lämpötila saavutti 300 oC, CMC-Li:n massa väheni 70 %. Kun lämpötila saavutti 400 ℃, CMC-Li:n massa väheni 10 %. CMCLi hajoaa helpommin kuin pVDF akun käyttöiän lopussa.

2.2 )Sähkönjohtavuus

S. Chou et ai. Testitulokset osoittivat, että CMCLI-1:n, CMC-Li-2:n ja pVDF:n resistiivisyys olivat 0,3154 Mn·m ja 0,2634 Mn, vastaavasti. M ja 20,0365 Mn·m, mikä osoittaa, että pVDF:n resistiivisyys on suurempi kuin CMCL:n, CMC-LI:n johtavuus on parempi kuin pVDF:n ja CMCLI.1:n johtavuus on pienempi kuin CMCLI.2:n.

2.3)Sähkökemiallinen suorituskyky

FM Courtel et ai. tutki polysulfonaattipohjaisten (AQ) elektrodien syklisiä voltammetriakäyriä, kun käytettiin erilaisia ​​sideaineita. Eri sideaineilla on erilaiset hapetus- ja pelkistysreaktiot, joten huippupotentiaali on erilainen. Niistä CMCL:n hapetuspotentiaali on 2,15 V ja pelkistyspotentiaali 2,55 V. pVDF:n hapetuspotentiaali ja pelkistyspotentiaali olivat vastaavasti 2,605 V ja 1,950 V. Verrattuna kahden edellisen ajan syklisiin voltammetriakäyriin, hapettumis-pelkistyshuippujen huippupotentiaaliero CMCLi-sideainetta käytettäessä oli pienempi kuin pVDF:ää käytettäessä, mikä osoittaa, että reaktio oli vähemmän estynyt ja CMCLi-sideaine suotuisampi hapetus-pelkistysreaktion esiintyminen.

2. CMC:n sovellusvaikutus ja mekanismi

1) Sovellusvaikutus

Pj Suo et ai. tutki Si/C-komposiittimateriaalien sähkökemiallista suorituskykyä, kun pVDF:tä ja CMC:tä käytettiin sideaineina, ja havaitsi, että CMC:tä käyttävän akun palautuva ominaiskapasiteetti oli ensimmäistä kertaa 700 mAh/g ja silti 597 mAh/g 4O-jaksojen jälkeen, mikä oli parempi kuin pVDF-akku. Jh Lee et ai. tutki CMC:n Ds:n vaikutusta grafiittisuspension stabiilisuuteen ja uskoi, että suspension nesteen laatu määräytyi Ds:n avulla. Alhaisella DS:llä CMC:llä on vahvat hydrofobiset ominaisuudet ja se voi lisätä reaktiota grafiitin pinnan kanssa, kun vettä käytetään väliaineena. CMC:llä on myös etuja piin ja tina-lejeeringin anodimateriaalien syklisten ominaisuuksien vakauden säilyttämisessä. NiO-elektrodit valmistettiin eri pitoisuuksilla (0,1 mol/l, 0,3 mol/l ja 0,5 mol/l) CMC- ja pVDF-sideaineella, ja niitä ladattiin ja purettiin 1,5-3,5 V:n jännitteellä 0,1 c:n virralla. Ensimmäisen syklin aikana pVDF-sidossolun kapasiteetti oli suurempi kuin CMC-sidoskennon. Kun syklien lukumäärä saavuttaa lO:n, pVDF-sideaineen purkauskapasiteetti pienenee selvästi. 4JD-jaksojen jälkeen 0,1movL:n, 0,3MOUL:n ja 0,5MovLPVDF-sideaineen ominaispurkauskapasiteetit laskivat arvoon 250mAh/g, 157mAtv'g ja 102mAh/g. ja 0,5 mol/LCMC-sideainetta pidettiin arvoissa 698 mAh/g, 555 mAh/g ja 550 mAh/g, vastaavasti.

LiTI0:ssa käytetään CMC-sideainetta. : ja SnO2-nanohiukkaset teollisessa tuotannossa. Käyttämällä CMC:tä sideaineena, LiFepO4:a ja Li4TI50l2:ta positiivisina ja negatiivisina aktiivisina materiaaleina, ja käyttämällä pYR14FS1:tä paloa hidastavana elektrolyyttinä, akkua käytettiin 150 kertaa 0,1 c:n virralla 1,5 V - 3,5 V lämpötilassa ja positiivinen spesifinen. kapasitanssi pidettiin 140 mAh/g. Erilaisten CMC:n metallisuolojen joukossa CMCLi lisää muita metalli-ioneja, jotka voivat estää elektrolyytissä olevan "vaihtoreaktion (vii)" kierron aikana.

2) Suorituskyvyn parantamismekanismi

CMC Li -sideaine voi parantaa AQ-pohjaelektrodin sähkökemiallista suorituskykyä litiumakussa. M.E et ai. -4 suoritti alustavan tutkimuksen mekanismista ja ehdotti mallia CMC-Li:n jakautumisesta AQ-elektrodissa. CMCLi:n hyvä suorituskyky johtuu OH:n tuottamien vetysidosten vahvasta sidosvaikutuksesta, mikä edistää verkkorakenteiden tehokasta muodostumista. Hydrofiilinen CMC-Li ei liukene orgaaniseen elektrolyyttiin, joten sillä on hyvä stabiilius akussa ja sillä on vahva tarttuvuus elektrodirakenteeseen, mikä tekee akusta hyvän vakauden. Cmc-li-sideaineella on hyvä Li-johtavuus, koska CMC-Li:n molekyyliketjussa on suuri määrä funktionaalisia ryhmiä. Purkauksen aikana Li:n kanssa vaikuttavien tehokkaiden aineiden kaksi lähdettä: (1) Li elektrolyytissä; (2) Li CMC-Li:n molekyyliketjussa lähellä aktiivisen aineen tehollista keskustaa.

Hydroksyyliryhmän ja hydroksyyliryhmän reaktio karboksimetyyli-CMC-Li-sideaineessa muodostaa kovalenttisen sidoksen; Sähkökenttävoiman vaikutuksesta U voi siirtyä molekyyliketjussa tai viereisessä molekyyliketjussa, eli molekyyliketjun rakenne ei vaurioidu; Lopulta Lj sitoutuu AQ-partikkeliin. Tämä osoittaa, että CMCL:n käyttö ei ainoastaan ​​paranna Li:n siirtotehokkuutta, vaan myös parantaa AQ:n käyttöastetta. Mitä korkeampi cH:n: COOLi- ja 10Li-pitoisuus molekyyliketjussa, sitä helpompi Li:n siirto. M. Arrmand et ai. uskoivat, että -COOH:n tai OH:n orgaaniset yhdisteet voisivat reagoida 1 Li:n kanssa ja tuottaa 1 C00Li:n tai 10Li:n alhaisella potentiaalilla. CMCLi-sideaineen mekanismin tutkimiseksi elektrodissa CMC-Li-1:tä käytettiin aktiivisena materiaalina ja samanlaisia ​​johtopäätöksiä tehtiin. Li reagoi yhden cH:n, COOH:n ja yhden 0H:n kanssa CMC Li:stä ja muodostaa cH:n: COOLi ja yhden 0 "vastaavasti yhtälöjen (1) ja (2) mukaisesti.

Kun cH:n, COOLi:n ja OLi:n määrä kasvaa, CMC-Li:n DS kasvaa. Tämä osoittaa, että pääasiassa AQ-hiukkasten pintasideaineesta koostuva orgaaninen kerros muuttuu vakaammaksi ja helpommin siirrettäväksi Li. CMCLi on johtava polymeeri, joka tarjoaa Lille kuljetusreitin AQ-hiukkasten pinnalle. CMCLi-sideaineilla on hyvä elektroninen ja ionijohtavuus, mikä johtaa hyvään sähkökemialliseen suorituskykyyn ja CMCL-elektrodien pitkäkestoiseen käyttöikään. JS Bridel et ai. valmisti litiumioniakun anodin käyttämällä pii/hiili/polymeerikomposiittimateriaaleja eri sideaineilla tutkiakseen piin ja polymeerin välisen vuorovaikutuksen vaikutusta akun yleiseen suorituskykyyn ja havaitsi, että CMC:llä oli paras suorituskyky, kun sitä käytettiin sideaineena. Piin ja CMC:n välillä on vahva vetysidos, jolla on itsekorjautumiskyky ja joka voi säätää materiaalin kasvavaa jännitystä kiertoprosessin aikana materiaalirakenteen vakauden ylläpitämiseksi. CMC:tä sideaineena käytettäessä piianodin kapasiteetti voidaan pitää yli 1000 mAh/g vähintään 100 jaksossa, ja coulomb-tehokkuus on lähes 99,9 %.

3, johtopäätös

Sideaineena CMC-materiaalia voidaan käyttää erilaisissa elektrodimateriaaleissa, kuten luonnongrafiitissa, mesofaasihiilimikropalloissa (MCMB), litiumtitanaatissa, tinapohjaisessa piipohjaisessa anodimateriaalissa ja litiumrautafosfaattianodimateriaalissa, mikä voi parantaa akkua. kapasiteetti, syklin vakaus ja syklin käyttöikä verrattuna pYDF:ään. Se on hyödyllinen CMC-materiaalien lämmönkestävyydelle, sähkönjohtavuudelle ja sähkökemiallisille ominaisuuksille. CMC:llä on kaksi päämekanismia, jotka parantavat litiumioniakkujen suorituskykyä:

(1) CMC:n vakaa sidoskyky luo välttämättömän edellytyksen vakaan akun suorituskyvyn saavuttamiselle;

(2) CMC:llä on hyvä elektronien ja ionien johtavuus ja se voi edistää Li-siirtoa