CMC brûkt yn Battery Industry

Wat is natrium carboxymethyl cellulose?

Natrium Carboxymethyl cellulose, (ek neamd: Carboxymethyl cellulose natrium sâlt, Carboxymethyl cellulose, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) is de wrâld meast brûkte soarten fan glêstried, dosage fan maksimum.

Cmc-na is in cellulose-derivative mei in polymerisaasjegraad fan 100 ~ 2000 en in molekulêre gewicht fan 242,16. Wite fibrous of korrelige poeder. Reukloos, smaakleas, smaakleas, hygroskopysk, ûnoplosber yn organyske solvents. Dit papier is benammen om de tapassing fan natriumcarboxymethylcellulose te begripen yn details fan lithium-ionbatterijen.

Progress yn tapassing fan Sodium carboxymethyl cellulose CMCyn lithium-ion-batterijen

Op it stuit wurdt polyvinylidenfluoride [pVDF, (CH: A CF:)] in protte brûkt as bindmiddel by de produksje fan lithium-ion-batterijen. . PVDF is net allinnich djoer, ek moatte brûke yn it proses fan tapassing fan eksplosive, freonlik foar it miljeu fan organyske solvents, lykas N methyl dêr't de alkaan ketone (NMp) en luchtvochtigheid easken foar produksje proses strikt, ek maklik mei ynbêde metal lithium, lithium graphite sekundêre reaksje, benammen yn 'e betingst fan hege temperatuer, in spontaan risiko fan termyske runaway. Natrium carboxymethyl cellulose (CMC), in wetter-oplosber bynmiddel, wurdt brûkt as ferfanging fan pVDF foar elektrodes materialen, dat kin mije it brûken fan NMp, ferminderjen kosten en ferminderje miljeu fersmoarging. Tagelyk hat it produksjeproses gjin miljeufochtigens nedich, mar kin ek de kapasiteit fan 'e batterij ferbetterje, de syklus libben ferlingje. Yn dit papier waard de rol fan CMC yn 'e prestaasjes fan' e lithium-ionbatterij besjoen, en it meganisme fan CMC-ferbetterjen fan batterijprestaasjes waard gearfette út 'e aspekten fan termyske stabiliteit, elektryske konduktiviteit en elektrogemyske skaaimerken.

1. Struktuer en prestaasjes fan CMC

1) CMC struktuer

CMC wurdt algemien klassifisearre troch ferskillende graad fan substitúsje (Ds), en it produkt morfology en prestaasjes wurde sterk beynfloede troch Ds. LXie et al. studearre DE CMC mei D's fan ferskate H-pearen fan Na. SEM analyze resultaten die bliken dat CMC-Li-1 (Ds = 1,00) presintearre korrelige struktuer, en CMC-Li-2 (Ds = 0,62) presintearre lineêre struktuer. It ûndersyk fan M. E et al bewiisde dat CMC. Styrene butadiene rubber (SBR) kin de agglomeraasje fan Li: O remme en de ynterfacestruktuer stabilisearje, wat foardielich is foar de elektrogemyske prestaasjes.

2) CMC prestaasjes

2.1)Termyske stabiliteit

Zj Han et al. studearre de termyske stabiliteit fan ferskate binders. De krityske temperatuer fan pVDF is sawat 4500C. By it berikken fan 500 ℃ komt rappe ûntbining foar en wurdt de massa mei sawat 70% fermindere. Doe't de temperatuer 600 ℃ berikte, waard de massa fierder fermindere mei 70%. Doe't de temperatuer 300oC berikte, waard de massa fan CMC-Li mei 70% fermindere. Doe't de temperatuer 400 ℃ berikte, waard de massa fan CMC-Li mei 10% fermindere. CMCLi is makliker te ûntbinen as pVDF oan 'e ein fan' e batterijlibben.

2.2)De elektryske conductivity

S. Chou et al. De testresultaten lieten sjen dat de resistiviteit fan CMCLI-1, CMC-Li-2 en pVDF respektivelik 0,3154 Mn·m en 0,2634 Mn wiene. M en 20,0365 Mn·m, wat oanjout dat de resistivity fan pVDF is heger as dy fan CMCLi, de conductivity fan CMC-LI is better as dy fan pVDF, en de conductivity fan CMCLI.1 is leger as dy fan CMCLI.2.

2.3)Electrochemical prestaasjes

FM Courtel et al. studearre de syklyske voltammetry-kurven fan poly-sulfonate (AQ) basearre elektroden doe't ferskate binders waarden brûkt. Ferskillende binders hawwe ferskillende oksidaasje- en reduksjereaksjes, sadat it pykpotinsjeel oars is. Under harren is it oksidaasjepotinsjeel fan CMCLi 2.15V, en it reduksjepotinsjeel is 2.55V. It oksidaasjepotential en reduksjepotinsjeel fan pVDF wiene respektivelik 2.605 V en 1.950 V. Yn ferliking mei de siklyske voltammetry-kurven fan 'e foargeande twa kear, wie it pykpotinsjele ferskil fan' e oksidaasje-reduksje-peak doe't CMCLi-bynmiddel waard brûkt lytser as dat doe't pVDF waard brûkt, wat oanjout dat de reaksje minder hindere wie en CMCLi-binder mear befoarderlik wie foar it optreden fan de oksidaasje-reduksje reaksje.

2. Applikaasje effekt en meganisme fan CMC

1) Applikaasje effekt

Pj Suo et al. studearre de elektrogemyske prestaasjes fan Si / C gearstalde materialen doe't pVDF en CMC waarden brûkt as bynmiddels, en fûn dat de batterij mei help fan CMC hie in omkearbere spesifike kapasiteit fan 700mAh / g foar de earste kear en noch hie 597mAh / g nei 4O syklusen, wat wie superieur oan de batterij mei pVDF. Jh Lee et al. studearre de ynfloed fan Ds fan CMC op de stabiliteit fan grafyt suspensie en leaude dat de floeibere kwaliteit fan suspensie waard bepaald troch Ds. By lege DS hat CMC sterke hydrofobe eigenskippen, en kin fergrutsje de reaksje mei grafyt oerflak as wetter wurdt brûkt as media. CMC hat ek foardielen yn it behâld fan de stabiliteit fan de cyclic eigenskippen fan silisium - tin alloy anode materialen. De NiO-elektroden waarden taret mei ferskate konsintraasjes (0.1mouL, 0.3mol / L en 0.5mol / L) CMC en pVDF-binder, en opladen en ûntslein by 1.5-3.5V mei in stroom fan 0.1c. Tidens de earste syklus wie de kapasiteit fan 'e pVDF-bindersel heger as dy fan' e CMC-bindersel. As it oantal syklusen lO berikt, nimt de ûntladingskapasiteit fan pVDF-binder fansels ôf. Nei 4JD-syklusen fermindere de spesifike ûntlaadkapasiteiten fan 0.1movL, 0.3MOUL en 0.5MovLPVDF-binders nei respektivelik 250mAh/g, 157mAtv 'g en 102mAh/g: De ûntslach spesifike kapasiteiten fan batterijen mei 0.1 moL/L,/03 moL. en 0,5 mol/LCMC binder waarden respektivelik hâlden op 698mAh/g, 555mAh/g en 550mAh/g.

CMC bynmiddel wurdt brûkt op LiTI0. : en SnO2 nanopartikels yn yndustriële produksje. Mei help fan CMC as bynmiddel, LiFepO4 en Li4TI50l2 as posityf en negatyf aktive materialen, respektivelik, en mei help fan pYR14FS1 as flamme brânfertraagjend electrolyte, de batterij waard fytst 150 kear op in stroom fan 0.1c by 1.5v ~ 3.5V by temperatuer, en de positive spesifike capacitance waard hanthavene op 140mAh / g. Under ferskate metaal sâlten yn CMC, CMCLi yntrodusearret oare metaal ioanen, dat kin inhibit "útwikseling reaksje (vii)" yn electrolyte tidens sirkulaasje.

2) Mechanisme fan prestaasjesferbettering

CMC Li bynmiddel kin ferbetterje de electrochemical prestaasjes fan AQ basis elektrodes yn lithium batterij. M.E. et al. -4 die in foarriedige stúdzje oer it meganisme en stelde in model foar fan 'e ferdieling fan CMC-Li yn' e AQ-elektrode. De goede prestaasjes fan CMCLi komt út it sterke bonding effekt fan wetterstof obligaasjes produsearre troch in OH, dy't bydraacht oan de effisjinte formaasje fan gaas struktueren. De hydrofiele CMC-Li sil net oplosse yn 'e organyske elektrolyt, dus it hat in goede stabiliteit yn' e batterij, en hat sterke adhesion oan 'e elektrodesstruktuer, wêrtroch't de batterij in goede stabiliteit hat. Cmc-li binder hat goede Li conductivity omdat der in grut oantal funksjonele groepen op de molekulêre keten fan CMC-Li. Tidens ûntslach binne d'r twa boarnen fan effektive stoffen dy't mei Li hannelje: (1) Li yn 'e elektrolyt; (2) Li op 'e molekulêre keten fan CMC-Li tichtby it effektive sintrum fan' e aktive stof.

De reaksje fan hydroxyl groep en hydroxyl groep yn carboxymethyl CMC-Li binder sil foarmje kovalente bân; Under de aksje fan elektryske fjild krêft, U kin oerdrage op 'e molekulêre keten of neistlizzende molekulêre keten, dat is, de molekulêre keten struktuer sil net wurde skansearre; Uteinlik sil Lj binde oan it AQ dieltsje. Dit jout oan dat de tapassing fan CMCLi net allinich de oerdrachtseffisjinsje fan Li ferbettert, mar ek it brûken fan AQ ferbettert. Hoe heger de ynhâld fan cH: COOLi en 10Li yn 'e molekulêre keten, hoe makliker Li-oerdracht. M. Arrmand et al. leaude dat organyske ferbiningen fan -COOH of OH kinne reagearje mei respektivelik 1 Li en produsearje 1 C00Li of 1 0Li by leech potinsjeel. Om it meganisme fan CMCLi-binder yn elektrodes fierder te ûndersykjen, waard CMC-Li-1 brûkt as aktyf materiaal en ferlykbere konklúzjes waarden krigen. Li reagearret mei ien cH, COOH en ien 0H fan CMC Li en genereart respektivelik cH: COOLi en ien 0 ", lykas werjûn yn fergelikingen (1) en (2)

As it oantal cH, COOLi en OLi ferheget, nimt DE DS fan CMC-Li ta. Dit lit sjen dat de organyske laach gearstald benammen út AQ dieltsje oerflak binder wurdt stabiler en makliker te oerdrage Li. CMCLi is in konduktyf polymeer dat in transportrûte leveret foar Li om it oerflak fan AQ-dieltsjes te berikken. CMCLi binders hawwe goede elektroanyske en ionyske conductivity, wat resultearret yn goede elektrochemical prestaasjes en lange syklus libben fan CMCLi elektroden. JS Bridel et al. taret de anode fan lithium ion batterij mei help fan silisium / koalstof / polymer gearstalde materialen mei ferskillende bynmiddels foar in stúdzje de ynfloed fan de ynteraksje tusken silisium en polymear op de totale prestaasjes fan de batterij, en fûn dat CMC hie de bêste prestaasje doe't brûkt as bynmiddel. D'r is in sterke wetterstofbân tusken silisium en CMC, dy't selshealjende fermogen hat en de tanimmende stress fan it materiaal by it fytsproses oanpasse kin om de stabiliteit fan 'e materiaalstruktuer te behâlden. Mei CMC as bynmiddel, kin de kapasiteit fan silisium anode wurde hâlden boppe 1000mAh / g yn op syn minst 100 cycles, en de coulomb effisjinsje is tichtby 99,9%.

3, konklúzje

As bynmiddel kin CMC-materiaal brûkt wurde yn ferskate soarten elektrodesmaterialen lykas natuerlik grafyt, meso-fase koalstofmikrosferen (MCMB), lithium titanate, tin basearre silisium basearre anode materiaal en lithium izer fosfaat anode materiaal, dat kin ferbetterje de batterij kapasiteit, syklusstabiliteit en sykluslibben fergelike mei pYDF. It is foardielich foar de termyske stabiliteit, elektryske konduktiviteit en elektrogemyske eigenskippen fan CMC-materialen. D'r binne twa haadmeganismen foar CMC om de prestaasjes fan lithium-ion-batterijen te ferbetterjen:

(1) De stabile bondingprestaasjes fan CMC skept in needsaaklike betingst foar it krijen fan stabile batterijprestaasjes;

(2) CMC hat goede elektroanen en ion conductivity en kin befoarderje Li oerdracht