CMC usa na industria da batería

Que é a carboximetil celulosa sódica?

A carboximetilcelulosa sódica, (tamén chamada: sal sódica de carboximetilcelulosa, carboximetilcelulosa, CMC, carboximetil, celulosa sódica, sal de sodio caboximetilcelulosa) é o tipo de fibra máis utilizado no mundo, a dose máxima.

Cmc-na é un derivado de celulosa cun grao de polimerización de 100~2000 e un peso molecular de 242,16. Po branco fibroso ou granular. Inodoro, insípido, insípido, higroscópico, insoluble en disolventes orgánicos. Este documento principalmente para comprender a aplicación da carboximetil celulosa sódica nos detalles da batería de ión de litio.

Avances na aplicación da carboximetilcelulosa sódica CMCen baterías de iones de litio

Na actualidade, o fluoruro de polivinilideno [pVDF, (CH: A CF:)] úsase amplamente como aglutinante na produción de baterías de ión de litio. . PVDF non só é caro, tamén ten que usar no proceso de aplicación de explosivos, amigable co medio ambiente de disolventes orgánicos, como N metil que o alcano cetona (NMp) e requisitos de humidade do aire para o proceso de produción estrictamente, tamén facilmente con incorporado metal litio, litio grafito reacción secundaria, especialmente na condición de alta temperatura, un risco espontáneo de fuga térmica. A carboximetil celulosa sódica (CMC), un aglutinante soluble en auga, úsase como substituto de pVDF para materiais de electrodos, o que pode evitar o uso de NMp, reducir custos e reducir a contaminación ambiental. Ao mesmo tempo, o proceso de produción non require humidade ambiental, pero tamén pode mellorar a capacidade da batería, prolongar a vida útil do ciclo. Neste artigo, revisouse o papel da CMC no rendemento da batería de ión-litio e resumiuse o mecanismo de mellora do rendemento da batería CMC a partir dos aspectos da estabilidade térmica, a condutividade eléctrica e as características electroquímicas.

1. Estrutura e rendemento do CMC

1) Estrutura CMC

A CMC clasifícase xeralmente por diferentes graos de substitución (Ds), e a morfoloxía e o rendemento do produto vense moi afectados por Ds. LXie et al. estudou O CMC con Ds de diferentes H pares de Na. Os resultados da análise SEM mostraron que CMC-Li-1 (Ds = 1,00) presentaba estrutura granular e CMC-Li-2 (Ds = 0,62) presentaba estrutura lineal. A investigación de M. E et al demostrou que CMC. O caucho de estireno butadieno (SBR) pode inhibir a aglomeración de Li:O e estabilizar a estrutura da interface, o que é beneficioso para o rendemento electroquímico.

2) Rendemento do CMC

2.1)Estabilidade térmica

Zj Han et al. estudou a estabilidade térmica de diferentes aglutinantes. A temperatura crítica do pVDF é duns 4500C. Ao alcanzar os 500 ℃, prodúcese unha rápida descomposición e a masa redúcese nun 70%. Cando a temperatura alcanzou os 600 ℃, a masa reduciuse aínda máis nun 70%. Cando a temperatura alcanzou os 300oC, a masa de CMC-Li reduciuse nun 70%. Cando a temperatura alcanzou os 400 ℃, a masa de CMC-Li reduciuse nun 10%. O CMCLi descompónse máis facilmente que o pVDF ao final da vida útil da batería.

2.2)A condutividade eléctrica

S. Chou et al. Os resultados da proba mostraron que a resistividade de CMCLI-1, CMC-Li-2 e pVDF era de 0,3154 Mn·m e 0,2634 Mn, respectivamente. M e 20,0365 Mn·m, o que indica que a resistividade do pVDF é maior que a do CMCLi, a condutividade do CMC-LI é mellor que a do pVDF e a condutividade do CMCLI.1 é inferior á do CMCLI.2.

2.3)Rendemento electroquímico

FM Courtel et al. estudou as curvas de voltametría cíclica de electrodos baseados en polisulfonato (AQ) cando se empregaron diferentes aglutinantes. Os diferentes aglutinantes teñen diferentes reaccións de oxidación e redución, polo que o potencial máximo é diferente. Entre eles, o potencial de oxidación do CMCLi é de 2,15 V e o potencial de redución de 2,55 V. O potencial de oxidación e o potencial de redución do pVDF foron 2,605 V e 1,950 V respectivamente. En comparación coas curvas de voltametría cíclica dos dous tempos anteriores, a diferenza de potencial máximo do pico de oxidación-redución cando se utilizou o aglutinante CMCLi foi menor que cando se utilizou pVDF, o que indica que a reacción foi menos obstaculizada e o aglutinante CMCLi foi máis propicio para a aparición da reacción de oxidación-redución.

2. Efecto de aplicación e mecanismo de CMC

1) Efecto da aplicación

Pj Suo et al. estudou o rendemento electroquímico dos materiais compostos de Si/C cando se utilizaron pVDF e CMC como aglutinantes, e descubriu que a batería que utilizaba CMC tiña unha capacidade específica reversible de 700 mAh/g por primeira vez e aínda tiña 597 mAh/g despois de 4O ciclos, o que foi superior á batería usando pVDF. Jh Lee et al. estudou a influencia do Ds de CMC na estabilidade da suspensión de grafito e cría que a calidade do líquido da suspensión estaba determinada por Ds. A baixa DS, a CMC ten fortes propiedades hidrófobas e pode aumentar a reacción coa superficie de grafito cando se usa auga como medio. CMC tamén ten vantaxes para manter a estabilidade das propiedades cíclicas dos materiais de ánodo de aliaxe de silicio e estaño. Preparáronse os electrodos de NiO con diferentes concentracións (0,1 mouL, 0,3 mol/L e 0,5 mol/L) de aglutinante CMC e pVDF, e cargáronse e descargáronse a 1,5-3,5 V cunha corrente de 0,1c. Durante o primeiro ciclo, a capacidade da célula de aglutinante pVDF foi maior que a da célula de aglutinante CMC. Cando o número de ciclos alcanza os lO, a capacidade de descarga do aglutinante pVDF diminúe obviamente. Despois de ciclos de 4JD, as capacidades de descarga específicas dos aglutinantes de 0,1 movL, 0,3 MOUL e 0,5 MovLPVDF diminuíron a 250 mAh/g, 157 mAtv 'g e 102 mAh/g, respectivamente: as capacidades específicas de descarga das baterías con 0,1 moL/L, 0,3 moL/L. e o aglutinante de 0,5 moL/LCMC mantivéronse a 698 mAh/g, 555 mAh/g e 550 mAh/g, respectivamente.

O aglutinante CMC úsase en LiTI0. : e nanopartículas de SnO2 na produción industrial. Usando CMC como aglutinante, LiFepO4 e Li4TI50l2 como materiais activos positivos e negativos, respectivamente, e usando pYR14FS1 como electrólito retardador de chama, a batería realizouse un ciclo de 150 veces a unha corrente de 0,1c a 1,5v ~ 3,5V a temperatura e o positivo específico. a capacidade mantívose a 140 mAh/g. Entre varios sales metálicas en CMC, CMCLi introduce outros ións metálicos, que poden inhibir a "reacción de intercambio (vii)" no electrólito durante a circulación.

2) Mecanismo de mellora do rendemento

O aglutinante CMC Li pode mellorar o rendemento electroquímico do electrodo base AQ na batería de litio. M. E et al. -4 realizou un estudo preliminar sobre o mecanismo e propuxo un modelo de distribución de CMC-Li no electrodo AQ. O bo rendemento do CMCLi provén do forte efecto de enlace dos enlaces de hidróxeno producidos por un OH, que contribúe á formación eficiente de estruturas de malla. O hidrofílico CMC-Li non se disolverá no electrólito orgánico, polo que ten unha boa estabilidade na batería e ten unha forte adhesión á estrutura do electrodo, o que fai que a batería teña unha boa estabilidade. O aglutinante Cmc-li ten unha boa condutividade de Li porque hai un gran número de grupos funcionais na cadea molecular de CMC-Li. Durante a descarga, hai dúas fontes de substancias eficaces que actúan con Li: (1) Li no electrólito; (2) Li na cadea molecular de CMC-Li preto do centro efectivo da substancia activa.

A reacción do grupo hidroxilo e do grupo hidroxilo no aglutinante carboximetil CMC-Li formará enlace covalente; Baixo a acción da forza do campo eléctrico, U pode transferirse á cadea molecular ou á cadea molecular adxacente, é dicir, a estrutura da cadea molecular non se danará; Finalmente, Lj unirase á partícula AQ. Isto indica que a aplicación de CMCLi non só mellora a eficiencia de transferencia de Li, senón que tamén mellora a taxa de utilización de AQ. Canto maior sexa o contido de cH: COOLi e 10Li na cadea molecular, máis fácil será a transferencia de Li. M. Arrmand et al. cría que os compostos orgánicos de -COOH ou OH podían reaccionar con 1 Li respectivamente e producir 1 C00Li ou 1 0Li a baixo potencial. Para explorar aínda máis o mecanismo do aglutinante CMCLi no electrodo, utilizouse CMC-Li-1 como material activo e obtivéronse conclusións similares. Li reacciona cun cH, COOH e un 0H de CMC Li e xera cH: COOLi e un 0 "respectivamente, como se mostra nas ecuacións (1) e (2)

A medida que aumenta o número de cH, COOLi e OLi, o DS de CMC-Li aumenta. Isto mostra que a capa orgánica composta principalmente por aglutinante de superficie de partículas AQ faise máis estable e máis fácil de transferir Li. CMCLi é un polímero condutor que proporciona unha ruta de transporte para que o Li chegue á superficie das partículas AQ. Os aglutinantes CMCLi teñen unha boa condutividade electrónica e iónica, o que resulta nun bo rendemento electroquímico e un longo ciclo de vida dos electrodos CMCLi. JS Bridel et al. preparou o ánodo da batería de ión-litio utilizando materiais compostos de silicio/carbono/polímero con diferentes aglutinantes para estudar a influencia da interacción entre o silicio e o polímero no rendemento xeral da batería, e descubriu que CMC tiña o mellor rendemento cando se usaba como aglutinante. Hai un forte enlace de hidróxeno entre o silicio e o CMC, que ten capacidade de autocuración e pode axustar a tensión crecente do material durante o proceso de ciclo para manter a estabilidade da estrutura do material. Con CMC como aglutinante, a capacidade do ánodo de silicio pódese manter por riba dos 1000 mAh/g en polo menos 100 ciclos e a eficiencia do coulomb é próxima ao 99,9%.

3, conclusión

Como aglutinante, o material CMC pódese usar en diferentes tipos de materiais de electrodos, como grafito natural, microesferas de carbono meso-fase (MCMB), titanato de litio, material de ánodo a base de silicio a base de estaño e material de ánodo de fosfato de ferro de litio, que pode mellorar a batería. capacidade, estabilidade do ciclo e vida do ciclo en comparación co pYDF. É beneficioso para a estabilidade térmica, a condutividade eléctrica e as propiedades electroquímicas dos materiais CMC. Hai dous mecanismos principais para que CMC mellore o rendemento das baterías de ión-litio:

(1) O rendemento de unión estable de CMC crea un requisito previo necesario para obter un rendemento estable da batería;

(2) CMC ten unha boa condutividade electrónica e iónica e pode promover a transferencia de Li