Cleachdaidhean CMC ann an Gnìomhachas Bataraidh

Dè a th 'ann an sodium carboxymethyl cellulose?

Is e sodium Carboxymethyl cellulose, (ris an canar cuideachd: Carboxymethyl cellulose sodium salt, Carboxymethyl cellulose, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) na seòrsaichean snàithleach as fharsainge san t-saoghal, dòs den ìre as àirde.

Tha Cmc-na na derivative ceallalose le ceum polymerization de 100 ~ 2000 agus cuideam moileciuil de 242.16. Pùdar geal snàithleach no granular. Gun bholadh, gun blas, gun blas, hygroscopach, gun fhuasgladh ann an solventan organach. Tha am pàipear seo gu sònraichte airson tuigse fhaighinn air cleachdadh sodium carboxymethyl cellulose ann am mion-fhiosrachadh bataraidh lithium-ion.

Adhartas ann an cleachdadh sodium carboxymethyl cellulose CMCann am bataraidhean lithium-ion

Aig an àm seo, tha fluoride polyvinylidene [pVDF, (CH: A CF:)] air a chleachdadh gu farsaing mar inneal-ceangail ann a bhith a’ dèanamh bataraidhean lithium-ion. . Chan e a-mhàin gu bheil PVDF daor, feumar a chleachdadh cuideachd ann a bhith a ’cur a-steach stuthan spreadhaidh, càirdeil don àrainneachd de fhuasglaidhean organach, leithid N methyl a tha an alkane ketone (NMp) agus riatanasan taiseachd adhair airson pròiseas cinneasachaidh gu teann, cuideachd gu furasta le freumhachadh lithium meatailt, ath-bhualadh àrd-sgoile lithium graphite, gu h-àraidh ann an staid teòthachd àrd, cunnart gun spionnadh bho ruith teirmeach. Tha sodium carboxymethyl cellulose (CMC), inneal-ceangail soluiteach uisge, air a chleachdadh an àite pVDF airson stuthan dealanach, a dh’ fhaodas cleachdadh NMp a sheachnadh, cosgaisean a lughdachadh agus truailleadh na h-àrainneachd a lughdachadh. Aig an aon àm, chan fheum am pròiseas cinneasachaidh taiseachd àrainneachd, ach faodaidh e cuideachd comas bataraidh a leasachadh, beatha baidhsagal a leudachadh. Anns a 'phàipear seo, chaidh ath-sgrùdadh a dhèanamh air àite CMC ann an coileanadh bataraidh lithium-ion, agus chaidh geàrr-chunntas a dhèanamh air uidheamachd CMC a' leasachadh coileanadh bataraidh bho thaobhan seasmhachd teirmeach, giùlan dealain agus feartan electrochemical.

1. Structar agus coileanadh CMC

1) CMC structar

Tha CMC mar as trice air a sheòrsachadh a rèir diofar ìrean de ionadachadh (Ds), agus tha Ds a’ toirt buaidh mhòr air morf-eòlas agus coileanadh toraidh. Tha LXie et al. rinn mi sgrùdadh air AN CMC le Ds de dhiofar phaidhrichean H de Na. Sheall toraidhean mion-sgrùdadh SEM gun tug CMC-Li-1 (Ds = 1.00) structar granular, agus thug CMC-Li-2 (Ds = 0.62) structar sreathach seachad. Dhearbh rannsachadh M. E et al gun robh CMC. Faodaidh rubair Styrene butadiene (SBR) bacadh a chur air cruinneachadh Li: O agus structar an eadar-aghaidh a dhèanamh seasmhach, a tha buannachdail don choileanadh electrochemical.

2) Coileanadh CMC

2.1)Seasmhachd teirmeach

Zj Han et al. sgrùdadh air seasmhachd teirmeach diofar luchd-ceangail. Tha an teòthachd riatanach de pVDF timcheall air 4500C. Nuair a ruigeas tu 500 ℃, bidh lobhadh luath a ’tachairt agus tha an tomad air a lughdachadh timcheall air 70%. Nuair a ràinig an teòthachd 600 ℃, chaidh an tomad a lughdachadh tuilleadh le 70%. Nuair a ràinig an teòthachd 300oC, chaidh tomad CMC-Li sìos 70%. Nuair a ràinig an teòthachd 400 ℃, chaidh tomad CMC-Li a lughdachadh 10%. Tha CMCLi nas fhasa a bhith air a lobhadh na pVDF aig deireadh beatha bataraidh.

2.2)Gluasad dealain

S. Chou et al. Sheall toraidhean deuchainn gun robh an aghaidh CMCLI-1, CMC-Li-2 agus pVDF aig 0.3154 Mn·m agus 0.2634 Mn, fa leth. M agus 20.0365 Mn·m, a’ nochdadh gu bheil an aghaidheachd pVDF nas àirde na an CMCLi, tha seoltachd CMC-LI nas fheàrr na giùlan pVDF, agus tha seoltachd CMCLI.1 nas ìsle na an CMCLI.2.

2.3)Coileanadh electrochemical

Tha FM Courtel et al. rinn iad sgrùdadh air na cromagan voltammetry cearcallach de eleactraidean stèidhichte air poly-sulfonate (AQ) nuair a chaidh diofar luchd-ceangail a chleachdadh. Tha ath-bheachdan oxidation agus lughdachadh eadar-dhealaichte aig diofar luchd-ceangail, agus mar sin tha an comas as àirde eadar-dhealaichte. Nam measg, is e comas oxidation CMCLi 2.15V, agus is e an comas lughdachadh 2.55V. B’ e an comas oxidation agus comas lughdachadh pVDF 2.605 V agus 1.950 V fa leth. An coimeas ris na lùban voltammetry cearcallach an dà uair roimhe, bha an eadar-dhealachadh as àirde a dh’ fhaodadh a bhith aig an stùc lughdachadh oxidation nuair a chaidh inneal-ceangail CMCLi a chleachdadh nas lugha na nuair a chaidh pVDF a chleachdadh, a ’nochdadh nach robh an ath-bhualadh nas lugha de bhacadh agus inneal-ceangail CMCLi nas freagarraiche dha. tachartas an ath-bhualadh oxidation-lughdachadh.

2. Buaidh tagraidh agus uidheamachd CMC

1) Buaidh tagraidh

Pj Suo et al. rinn iad sgrùdadh air coileanadh electrochemical stuthan co-dhèanta Si / C nuair a chaidh pVDF agus CMC a chleachdadh mar luchd-ceangail, agus lorg iad gu robh comas sònraichte reversible de 700mAh / g aig a’ bhataraidh a bha a ’cleachdadh CMC airson a’ chiad uair agus gu robh 597mAh / g aige fhathast às deidh cuairtean 4O, a bha bha e na b’ fheàrr na bataraidh a’ cleachdadh pVDF. Jh Lee et al. sgrùdadh air buaidh Ds de CMC air seasmhachd crochaidh grafait agus bha e den bheachd gun robh càileachd lionn crochaidh air a dhearbhadh le Ds. Aig DS ìosal, tha feartan làidir hydrophobic aig CMC, agus faodaidh iad an ath-bhualadh le uachdar grafait àrdachadh nuair a thèid uisge a chleachdadh mar mheadhan. Tha buannachdan aig CMC cuideachd ann a bhith a’ cumail suas seasmhachd feartan cearcallach stuthan anod silicon - staoin alloy. Chaidh na dealanan NiO ullachadh le diofar cho-chruinneachaidhean (0.1mouL, 0.3mol / L agus 0.5mol / L) CMC agus inneal-ceangail pVDF, agus chaidh an cur sìos agus an leigeil ma sgaoil aig 1.5-3.5V le sruth de 0.1c. Rè a ’chiad chearcall, bha comas cealla ceangail pVDF nas àirde na comas cealla ceangail CMC. Nuair a ruigeas an àireamh de chuairtean lO, tha comas sgaoilidh inneal-ceangail pVDF a’ dol sìos gu follaiseach. Às deidh cearcallan 4JD, chaidh na comasan sgaoilidh sònraichte de luchd-ceangail 0.1movL, 0.3MOUL agus 0.5MovLPVDF sìos gu 250mAh / g, 157mAtv ’g agus 102mAh / g, fa leth: Comasan sònraichte bataraidh le 0.1 moL / L, 0.3 moL / L, fa leth. agus chaidh inneal-ceangail 0.5 moL / LCMC a chumail aig 698mAh / g, 555mAh / g agus 550mAh / g, fa leth.

Thathas a’ cleachdadh inneal-ceangail CMC air LiTI0. : agus SnO2 nanoparticles ann an cinneasachadh tionnsgalach. A’ cleachdadh CMC mar inneal-ceangail, LiFepO4 agus Li4TI50l2 mar stuthan gnìomhach dearbhach is àicheil, fa leth, agus a’ cleachdadh pYR14FS1 mar electrolyte lasair-lasair, chaidh am bataraidh a chuairteachadh 150 uair aig sruth 0.1c aig 1.5v ~ 3.5V aig teòthachd, agus an dearbh rud adhartach Chaidh an comas a chumail aig 140mAh / g. Am measg diofar shalainn meatailt ann an CMC, tha CMCLi a’ toirt a-steach ions meatailt eile, a dh’ fhaodadh casg a chuir air “freagairt iomlaid (vii)” ann an electrolyte aig àm cuairteachaidh.

2) Inneal leasachadh coileanaidh

Faodaidh inneal-ceangail CMC Li coileanadh electrochemical de electrode bonn AQ ann am bataraidh lithium a leasachadh. M. E et al. -4 rinn e ro-sgrùdadh air an uidheamachd agus mhol e modail de chuairteachadh CMC-Li anns an electrode AQ. Tha coileanadh math CMCLi a’ tighinn bho bhuaidh ceangail làidir bannan hydrogen air an dèanamh le OH, a tha a’ cur ri cruthachadh structaran mogal gu h-èifeachdach. Cha bhith an hydrophilic CMC-Li a ’sgaoileadh anns an electrolyte organach, agus mar sin tha deagh sheasmhachd aige anns a’ bhataraidh, agus tha ceangal làidir aige ris an structar electrode, a tha a ’dèanamh deagh sheasmhachd aig a’ bhataraidh. Tha giùlan math Li aig inneal-ceangail Cmc-li leis gu bheil àireamh mhòr de bhuidhnean gnìomh air an t-sreath moileciuil de CMC-Li. Rè an leigeil a-mach, tha dà thùs de stuthan èifeachdach ag obair le Li: (1) Li anns an electrolyte; (2) Li air an t-sreath moileciuil de CMC-Li faisg air meadhan èifeachdach an stuth gnìomhach.

Bidh ath-bhualadh buidheann hydroxyl agus buidheann hydroxyl ann an inneal-ceangail carboxymethyl CMC-Li a’ cruthachadh ceangal covalent; Fo ghnìomh feachd an raoin dealain, faodaidh U gluasad air an t-sèine moileciuil no an t-sèine moileciuil ri thaobh, is e sin, cha tèid structar na slabhraidh moileciuil a mhilleadh; Aig a 'cheann thall, bidh Lj a' ceangal ris a 'ghràin AQ. Tha seo a’ sealltainn gu bheil cleachdadh CMCLi chan ann a-mhàin a’ leasachadh èifeachdas gluasaid Li, ach cuideachd a’ leasachadh ìre cleachdaidh AQ. Mar as àirde an susbaint cH: COOLi agus 10Li anns an t-sreath moileciuil, is ann as fhasa a bhios an gluasad Li. M. Arrmand et al. a 'creidsinn gum faodadh coimeasgaidhean organach de -COOH no OH freagairt le 1 Li fa leth agus 1 C00Li no 1 0Li a thoirt gu buil aig ìre ìosal. Gus tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air uidheamachd inneal ceangail CMCLi ann an dealan, chaidh CMC-Li-1 a chleachdadh mar stuth gnìomhach agus chaidh co-dhùnaidhean coltach ris fhaighinn. Bidh Li ag ath-fhreagairt le aon cH, COOH agus aon 0H bho CMC Li agus a’ gineadh cH: COOLi agus aon 0 “fa leth, mar a chithear ann an co-aontaran (1) agus (2)

Mar a tha an àireamh de cH, COOLi, agus OLi a’ dol am meud, tha THE DS de CMC-Li a’ dol am meud. Tha seo a’ sealltainn gu bheil an còmhdach organach a tha sa mhòr-chuid de inneal-ceangail uachdar gràin AQ a’ fàs nas seasmhaiche agus nas fhasa Li a ghluasad. Tha CMCLi na polymer giùlain a bheir seachad slighe còmhdhail airson Li gus uachdar gràinean AQ a ruighinn. Tha deagh ghiùlan dealanach agus ionic aig luchd-ceangail CMCLi, a tha a’ leantainn gu deagh choileanadh electroceimiceach agus beatha rothaireachd fada de electrodes CMCLi. JS Bridel et al. ullachadh anod de bataraidh lithium-ion a’ cleachdadh stuthan co-dhèanta silicon / carbon / polymer le diofar luchd-ceangail gus sgrùdadh a dhèanamh air buaidh an eadar-obrachaidh eadar silicon agus polymer air coileanadh iomlan a ’bhataraidh, agus lorg iad gu robh an coileanadh as fheàrr aig CMC nuair a chaidh a chleachdadh mar inneal-ceangail. Tha ceangal làidir de hydrogen eadar silicon agus CMC, aig a bheil comas fèin-slànachaidh agus a dh'fhaodas cuideam àrdachadh an stuth atharrachadh tron ​​​​phròiseas rothaireachd gus seasmhachd structar an stuth a chumail suas. Le CMC mar inneal-ceangail, faodar comas anod silicon a chumail os cionn 1000mAh / g ann an co-dhiù 100 cearcall, agus tha èifeachdas coulomb faisg air 99.9%.

3, co-dhùnadh

Mar inneal-ceangail, faodar stuth CMC a chleachdadh ann an diofar sheòrsaichean de stuthan electrode leithid grafait nàdarra, microspheres gualain meso-ìre (MCMB), titanate lithium, stuth anod stèidhichte air silicon stèidhichte air staoin agus stuth anod iarann ​​​​litiam phosphate, a dh’ fhaodas am bataraidh a leasachadh. comas, seasmhachd baidhsagal agus beatha baidhsagal an coimeas ri pYDF. Tha e na bhuannachd do sheasmhachd teirmeach, seoltachd dealain agus feartan electrochemical stuthan CMC. Tha dà phrìomh dhòigh ann airson CMC gus coileanadh bataraidhean lithium-ion a leasachadh:

(1) Tha coileanadh ceangail seasmhach CMC a’ cruthachadh ro-ghoireasan riatanach airson coileanadh bataraidh seasmhach fhaighinn;

(2) Tha deagh ghiùlan dealanach agus ion aig CMC agus faodaidh e gluasad Li a bhrosnachadh