CMC બેટરી ઉદ્યોગમાં ઉપયોગ કરે છે

સોડિયમ કાર્બોક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝ શું છે?

સોડિયમ કાર્બોક્સિમિથાઈલ સેલ્યુલોઝ, (જેને પણ કહેવાય છે: કાર્બોક્સિમિથાઈલ સેલ્યુલોઝ સોડિયમ સોલ્ટ, કાર્બોક્સિમિથાઈલ સેલ્યુલોઝ, CMC, કાર્બોક્સિમિથિલ, સેલ્યુલોઝ સોડિયમ, સોડિયમસાલ્ટોફકેબોક્સીમેથિલ સેલ્યુલોઝ) વિશ્વના સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ફાઇબરના પ્રકાર છે, મહત્તમ માત્રા.

Cmc-na એ 100~2000 ની પોલિમરાઇઝેશન ડિગ્રી અને 242.16 ના પરમાણુ વજન સાથે સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ છે. સફેદ તંતુમય અથવા દાણાદાર પાવડર. ગંધહીન, સ્વાદહીન, સ્વાદહીન, હાઇગ્રોસ્કોપિક, કાર્બનિક દ્રાવકમાં અદ્રાવ્ય. આ પેપર મુખ્યત્વે લિથિયમ આયન બેટરીની વિગતોમાં સોડિયમ કાર્બોક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝના ઉપયોગને સમજવા માટે છે.

સોડિયમ કાર્બોક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝના ઉપયોગની પ્રગતિ સીએમસીલિથિયમ આયન બેટરીમાં

હાલમાં, પોલીવિનાલીડીન ફ્લોરાઈડ [pVDF, (CH: A CF:)] લિથિયમ આયન બેટરીના ઉત્પાદનમાં બાઈન્ડર તરીકે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. . PVDF માત્ર ખર્ચાળ જ નથી, વિસ્ફોટકના ઉપયોગની પ્રક્રિયામાં પણ ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે, કાર્બનિક દ્રાવકોના પર્યાવરણ માટે અનુકૂળ, જેમ કે એન મિથાઈલ જે ઉત્પાદન પ્રક્રિયા માટે એલ્કેન કેટોન (NMp) અને હવામાં ભેજની જરૂરિયાતોને સખત રીતે, એમ્બેડેડ સાથે પણ સરળતાથી પૂરી પાડે છે. મેટલ લિથિયમ, લિથિયમ ગ્રેફાઇટ સેકન્ડરી રિએક્શન, ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાનની સ્થિતિમાં, થર્મલ રનઅવેનું સ્વયંભૂ જોખમ. સોડિયમ કાર્બોક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝ (CMC), પાણીમાં દ્રાવ્ય બાઈન્ડર, ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી માટે pVDF ના વિકલ્પ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે NMp નો ઉપયોગ ટાળી શકે છે, ખર્ચ ઘટાડી શકે છે અને પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ ઘટાડી શકે છે. તે જ સમયે, ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને પર્યાવરણીય ભેજની જરૂર નથી, પરંતુ તે બેટરીની ક્ષમતાને પણ સુધારી શકે છે, ચક્રના જીવનને લંબાવી શકે છે. આ પેપરમાં, લિથિયમ આયન બેટરીના પ્રદર્શનમાં CMC ની ભૂમિકાની સમીક્ષા કરવામાં આવી હતી, અને CMC દ્વારા બેટરીની કામગીરીમાં સુધારો કરવાની પદ્ધતિને થર્મલ સ્થિરતા, વિદ્યુત વાહકતા અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ લાક્ષણિકતાઓના પાસાઓમાંથી સારાંશ આપવામાં આવ્યો હતો.

1. CMC નું માળખું અને કામગીરી

1) CMC માળખું

CMC ને સામાન્ય રીતે અલગ-અલગ ડિગ્રી અવેજી (Ds) દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, અને ઉત્પાદન મોર્ફોલોજી અને પ્રદર્શન Ds દ્વારા ખૂબ પ્રભાવિત થાય છે. LXie એટ અલ. Na ની વિવિધ H જોડીના Ds સાથે CMC નો અભ્યાસ કર્યો. SEM વિશ્લેષણ પરિણામો દર્શાવે છે કે CMC-Li-1 (Ds = 1.00) એ દાણાદાર માળખું રજૂ કર્યું છે, અને CMC-Li-2 (Ds = 0.62) એ રેખીય માળખું રજૂ કર્યું છે. M. E et al ના સંશોધને સાબિત કર્યું કે CMC. સ્ટાયરીન બ્યુટાડીન રબર (SBR) Li: O ના એકત્રીકરણને અટકાવી શકે છે અને ઇન્ટરફેસ સ્ટ્રક્ચરને સ્થિર કરી શકે છે, જે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કામગીરી માટે ફાયદાકારક છે.

2) CMC કામગીરી

2.1)થર્મલ સ્થિરતા

Zj હાન એટ અલ. વિવિધ બાઈન્ડરની થર્મલ સ્થિરતાનો અભ્યાસ કર્યો. pVDF નું નિર્ણાયક તાપમાન લગભગ 4500C છે. જ્યારે 500℃ સુધી પહોંચે છે, ત્યારે ઝડપી વિઘટન થાય છે અને સમૂહ લગભગ 70% જેટલો ઓછો થાય છે. જ્યારે તાપમાન 600 ℃ સુધી પહોંચ્યું, ત્યારે દળમાં 70% જેટલો ઘટાડો થયો. જ્યારે તાપમાન 300oC પર પહોંચ્યું, ત્યારે CMC-Li નું દળ 70% ઘટ્યું. જ્યારે તાપમાન 400 ℃ સુધી પહોંચ્યું, ત્યારે CMC-Li નું દળ 10% ઘટ્યું. CMCLi બેટરી જીવનના અંતે pVDF કરતાં વધુ સરળતાથી વિઘટિત થાય છે.

2.2)વિદ્યુત વાહકતા

એસ. ચૌ એટ અલ. ના પરીક્ષણ પરિણામો દર્શાવે છે કે CMCLI-1, CMC-Li-2 અને pVDF ની પ્રતિકારકતા અનુક્રમે 0.3154 Mn·m અને 0.2634 Mn હતી. M અને 20.0365 Mn·m, જે દર્શાવે છે કે pVDF ની પ્રતિકારકતા CMCLi કરતા વધારે છે, CMC-LI ની વાહકતા pVDF કરતા સારી છે, અને CMCLI.1 ની વાહકતા CMCLI.2 કરતા ઓછી છે.

2.3)ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કામગીરી

એફએમ કોર્ટેલ એટ અલ. જ્યારે વિવિધ બાઈન્ડરનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો ત્યારે પોલી-સલ્ફોનેટ (AQ) આધારિત ઇલેક્ટ્રોડ્સના ચક્રીય વોલ્ટમેટ્રી વળાંકોનો અભ્યાસ કર્યો હતો. અલગ-અલગ બાઈન્ડરમાં અલગ-અલગ ઓક્સિડેશન અને રિડક્શન રિએક્શન હોય છે, તેથી ટોચની સંભવિતતા અલગ હોય છે. તેમાંથી, CMCLi ની ઓક્સિડેશન સંભવિત 2.15V છે, અને ઘટાડો સંભવિત 2.55V છે. pVDF ની ઓક્સિડેશન સંભવિત અને ઘટાડો સંભવિત અનુક્રમે 2.605 V અને 1.950 V હતી. અગાઉના બે વખતના ચક્રીય વોલ્ટમેટ્રી વણાંકોની સરખામણીમાં, જ્યારે CMCLi બાઈન્ડરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો ત્યારે ઓક્સિડેશન-ઘટાડાની ટોચનો સંભવિત તફાવત પીવીડીએફનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો તેના કરતા ઓછો હતો, જે દર્શાવે છે કે પ્રતિક્રિયા ઓછી અવરોધિત હતી અને CMCLi બાઈન્ડર વધુ અનુકૂળ હતું. ઓક્સિડેશન-ઘટાડો પ્રતિક્રિયાની ઘટના.

2. સીએમસીની એપ્લિકેશન અસર અને પદ્ધતિ

1) એપ્લિકેશન અસર

પીજે સુઓ એટ અલ. જ્યારે pVDF અને CMC નો બાઈન્ડર તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો ત્યારે Si/C સંયુક્ત સામગ્રીના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રભાવનો અભ્યાસ કર્યો અને જાણવા મળ્યું કે CMC નો ઉપયોગ કરતી બેટરી પ્રથમ વખત 700mAh/g ની ઉલટાવી શકાય તેવી વિશિષ્ટ ક્ષમતા ધરાવે છે અને 4O ચક્ર પછી પણ 597mAh/g ધરાવે છે, જે pVDF નો ઉપયોગ કરીને બેટરી કરતાં ચઢિયાતી હતી. જેહ લી એટ અલ. ગ્રેફાઇટ સસ્પેન્શનની સ્થિરતા પર CMC ના Ds ના પ્રભાવનો અભ્યાસ કર્યો અને માન્યું કે સસ્પેન્શનની પ્રવાહી ગુણવત્તા Ds દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. નીચા DS પર, CMC મજબૂત હાઇડ્રોફોબિક ગુણધર્મો ધરાવે છે, અને જ્યારે પાણીનો માધ્યમ તરીકે ઉપયોગ થાય છે ત્યારે ગ્રેફાઇટ સપાટી સાથે પ્રતિક્રિયા વધારી શકે છે. સીએમસીને સિલિકોન - ટીન એલોય એનોડ સામગ્રીના ચક્રીય ગુણધર્મોની સ્થિરતા જાળવવામાં પણ ફાયદા છે. NiO ઇલેક્ટ્રોડ્સ વિવિધ સાંદ્રતા (0.1mouL, 0.3mol/L અને 0.5mol/L) CMC અને pVDF બાઈન્ડર સાથે તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા, અને 0.1c ના પ્રવાહ સાથે 1.5-3.5V પર ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કરવામાં આવ્યા હતા. પ્રથમ ચક્ર દરમિયાન, pVDF બાઈન્ડર સેલની ક્ષમતા CMC બાઈન્ડર સેલ કરતા વધારે હતી. જ્યારે ચક્રની સંખ્યા lO સુધી પહોંચે છે, ત્યારે pVDF બાઈન્ડરની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા દેખીતી રીતે ઘટે છે. 4JD ચક્ર પછી, 0.1movL, 0.3MOUL અને 0.5MovLPVDF બાઈન્ડરની ચોક્કસ ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા અનુક્રમે ઘટીને 250mAh/g, 157mAtv 'g અને 102mAh/g થઈ ગઈ: 0.L/L0, moL/L0 સાથે બેટરીની ડિસ્ચાર્જ ચોક્કસ ક્ષમતા અને 0.5 moL/LCMC બાઈન્ડર અનુક્રમે 698mAh/g, 555mAh/g અને 550mAh/g પર રાખવામાં આવ્યા હતા.

CMC બાઈન્ડરનો ઉપયોગ LiTI0 પર થાય છે. : અને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં SnO2 નેનોપાર્ટિકલ્સ. CMC નો બાઈન્ડર તરીકે, LiFepO4 અને Li4TI50l2 નો અનુક્રમે હકારાત્મક અને નકારાત્મક સક્રિય સામગ્રી તરીકે ઉપયોગ કરીને અને pYR14FS1 નો ફ્લેમ રિટાડન્ટ ઈલેક્ટ્રોલાઈટ તરીકે ઉપયોગ કરીને, બેટરીને 1.5v ~ 3.5V તાપમાને 0.1c ના પ્રવાહ પર 150 વખત સાયકલ કરવામાં આવી હતી, અને હકારાત્મક ચોક્કસ ક્ષમતા 140mAh/g પર જાળવવામાં આવી હતી. CMC માં વિવિધ ધાતુના ક્ષારોમાં, CMCLi અન્ય ધાતુના આયનોનો પરિચય આપે છે, જે પરિભ્રમણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં "વિનિમય પ્રતિક્રિયા (vii)" ને અટકાવી શકે છે.

2) પ્રદર્શન સુધારણાની પદ્ધતિ

સીએમસી લિ બાઈન્ડર લિથિયમ બેટરીમાં AQ બેઝ ઇલેક્ટ્રોડના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શનને સુધારી શકે છે. M. E એટ અલ. -4 એ મિકેનિઝમ પર પ્રારંભિક અભ્યાસ હાથ ધર્યો અને AQ ઇલેક્ટ્રોડમાં CMC-Li ના વિતરણનું એક મોડેલ પ્રસ્તાવિત કર્યું. CMCLi નું સારું પ્રદર્શન OH દ્વારા ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજન બોન્ડની મજબૂત બંધન અસરમાંથી આવે છે, જે મેશ સ્ટ્રક્ચર્સની કાર્યક્ષમ રચનામાં ફાળો આપે છે. હાઇડ્રોફિલિક CMC-Li કાર્બનિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઓગળશે નહીં, તેથી તે બેટરીમાં સારી સ્થિરતા ધરાવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોડ સ્ટ્રક્ચરમાં મજબૂત સંલગ્નતા ધરાવે છે, જેના કારણે બેટરી સારી સ્થિરતા ધરાવે છે. Cmc-li બાઈન્ડર સારી Li વાહકતા ધરાવે છે કારણ કે CMC-Li ની પરમાણુ સાંકળ પર મોટી સંખ્યામાં કાર્યાત્મક જૂથો છે. સ્રાવ દરમિયાન, લિ સાથે કામ કરતા અસરકારક પદાર્થોના બે સ્ત્રોત છે: (1) ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં લિ; (2) સક્રિય પદાર્થના અસરકારક કેન્દ્રની નજીક CMC-Li ની મોલેક્યુલર સાંકળ પર લિ.

કાર્બોક્સિમિથિલ સીએમસી-લી બાઈન્ડરમાં હાઈડ્રોક્સિલ જૂથ અને હાઈડ્રોક્સિલ જૂથની પ્રતિક્રિયા સહસંયોજક બંધન બનાવશે; વિદ્યુત ક્ષેત્ર બળની ક્રિયા હેઠળ, યુ મોલેક્યુલર ચેઇન અથવા અડીને આવેલી મોલેક્યુલર ચેઇન પર ટ્રાન્સફર કરી શકે છે, એટલે કે, મોલેક્યુલર ચેઇન સ્ટ્રક્ચરને નુકસાન થશે નહીં; આખરે, Lj AQ કણ સાથે બંધન કરશે. આ સૂચવે છે કે CMCLiનો ઉપયોગ માત્ર Li ની ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે, પરંતુ AQ ના ઉપયોગ દરમાં પણ સુધારો કરે છે. મોલેક્યુલર ચેઇનમાં સીએચ: COOLi અને 10Li ની સામગ્રી જેટલી વધારે છે, Li ટ્રાન્સફર સરળ છે. એમ. આર્માન્ડ એટ અલ. માનતા હતા કે -COOH અથવા OH ના કાર્બનિક સંયોજનો અનુક્રમે 1 Li સાથે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે અને ઓછી સંભવિતતા પર 1 C00Li અથવા 1 0Li ઉત્પન્ન કરી શકે છે. ઇલેક્ટ્રોડમાં CMCLi બાઈન્ડરની પદ્ધતિને વધુ અન્વેષણ કરવા માટે, CMC-Li-1 નો સક્રિય સામગ્રી તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો અને સમાન તારણો મેળવવામાં આવ્યા હતા. Li એ CMC Liમાંથી એક cH, COOH અને એક 0H સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને cH જનરેટ કરે છે: COOLi અને એક 0 “અનુક્રમે, સમીકરણો (1) અને (2) માં બતાવ્યા પ્રમાણે

જેમ જેમ cH, COOLi અને OLi ની સંખ્યા વધે છે તેમ CMC-Li નું DS વધે છે. આ દર્શાવે છે કે મુખ્યત્વે AQ પાર્ટિકલ સપાટી બાઈન્ડરથી બનેલું ઓર્ગેનિક સ્તર વધુ સ્થિર અને Li ટ્રાન્સફર કરવા માટે સરળ બને છે. CMCLi એ વાહક પોલિમર છે જે Li માટે AQ કણોની સપાટી સુધી પહોંચવા માટે પરિવહન માર્ગ પૂરો પાડે છે. CMCLi બાઈન્ડરમાં સારી ઈલેક્ટ્રોનિક અને આયનીય વાહકતા હોય છે, જેનું પરિણામ સારું ઈલેક્ટ્રોકેમિકલ પરફોર્મન્સ અને CMCLi ઈલેક્ટ્રોડ્સની લાંબી સાઈકલ લાઈફમાં પરિણમે છે. JS Bridel et al. બેટરીના એકંદર પ્રદર્શન પર સિલિકોન અને પોલિમર વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રભાવનો અભ્યાસ કરવા માટે વિવિધ બાઈન્ડર સાથે સિલિકોન/કાર્બન/પોલિમર સંયુક્ત સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને લિથિયમ આયન બેટરીનો એનોડ તૈયાર કર્યો, અને જાણવા મળ્યું કે બાઈન્ડર તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતી વખતે CMC શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન ધરાવે છે. સિલિકોન અને CMC વચ્ચે મજબૂત હાઇડ્રોજન બોન્ડ છે, જે સ્વ-હીલિંગ ક્ષમતા ધરાવે છે અને સામગ્રીના બંધારણની સ્થિરતા જાળવવા માટે સાયકલિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન સામગ્રીના વધતા તણાવને સમાયોજિત કરી શકે છે. બાઈન્ડર તરીકે CMC સાથે, સિલિકોન એનોડની ક્ષમતા ઓછામાં ઓછા 100 ચક્રમાં 1000mAh/g થી ઉપર રાખી શકાય છે, અને કુલોમ્બ કાર્યક્ષમતા 99.9% ની નજીક છે.

3, નિષ્કર્ષ

બાઈન્ડર તરીકે, CMC સામગ્રીનો ઉપયોગ વિવિધ પ્રકારની ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી જેમ કે કુદરતી ગ્રેફાઇટ, મેસો-ફેઝ કાર્બન માઇક્રોસ્ફિયર્સ (MCMB), લિથિયમ ટાઇટેનેટ, ટીન આધારિત સિલિકોન આધારિત એનોડ સામગ્રી અને લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ એનોડ સામગ્રીમાં થઈ શકે છે, જે બેટરીને સુધારી શકે છે. pYDF ની સરખામણીમાં ક્ષમતા, ચક્ર સ્થિરતા અને ચક્ર જીવન. તે CMC સામગ્રીની થર્મલ સ્થિરતા, વિદ્યુત વાહકતા અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ગુણધર્મો માટે ફાયદાકારક છે. લિથિયમ આયન બેટરીના પ્રદર્શનને સુધારવા માટે CMC માટે બે મુખ્ય પદ્ધતિઓ છે:

(1) સીએમસીનું સ્થિર બંધન પ્રદર્શન સ્થિર બેટરી પ્રદર્શન મેળવવા માટે જરૂરી પૂર્વશરત બનાવે છે;

(2) CMC સારી ઇલેક્ટ્રોન અને આયન વાહકતા ધરાવે છે અને તે લિ ટ્રાન્સફરને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે