सीएमसी का उपयोग बैटरी उद्योग में होता है

सोडियम कार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोज क्या है??

सोडियम कार्बोक्सिमिथाइल सेल्युलोज़, (यह भी कहा जाता है: कार्बोक्सिमिथाइल सेल्युलोज़ सोडियम नमक, कार्बोक्सिमिथाइल सेल्युलोज़, सीएमसी, कार्बोक्सिमिथाइल, सेल्युलोज़सोडियम, सोडियमसाल्टोफ़कैबॉक्सीमिथाइलसेलुलोज़) दुनिया का सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला फाइबर है, खुराक अधिकतम है।

Cmc-na एक सेलूलोज़ व्युत्पन्न है जिसकी पोलीमराइज़ेशन डिग्री 100~2000 और आणविक भार 242.16 है। सफेद रेशेदार या दानेदार पाउडर. गंधहीन, बेस्वाद, बेस्वाद, हीड्रोस्कोपिक, कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अघुलनशील। यह पेपर मुख्य रूप से लिथियम आयन बैटरी विवरण में सोडियम कार्बोक्सिमिथाइल सेलूलोज़ के अनुप्रयोग को समझने के लिए है।

सोडियम कार्बोक्सिमिथाइल सेलूलोज़ के अनुप्रयोग में प्रगति सीएमसीलिथियम आयन बैटरियों में

वर्तमान में, पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड [पीवीडीएफ, (सीएच: ए सीएफ:)] का व्यापक रूप से लिथियम आयन बैटरी के उत्पादन में बाइंडर के रूप में उपयोग किया जाता है। . पीवीडीएफ न केवल महंगा है, बल्कि इसे विस्फोटक के अनुप्रयोग की प्रक्रिया में भी उपयोग करने की आवश्यकता है, जो एन मिथाइल जैसे कार्बनिक सॉल्वैंट्स के पर्यावरण के अनुकूल है, जो एल्केन कीटोन (एनएमपी) और उत्पादन प्रक्रिया के लिए वायु आर्द्रता आवश्यकताओं को सख्ती से लागू करता है, एम्बेडेड के साथ भी आसानी से धातु लिथियम, लिथियम ग्रेफाइट माध्यमिक प्रतिक्रिया, विशेष रूप से उच्च तापमान की स्थिति में, थर्मल पलायन का एक सहज जोखिम। सोडियम कार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोज (सीएमसी), एक पानी में घुलनशील बाइंडर, का उपयोग इलेक्ट्रोड सामग्री के लिए पीवीडीएफ के विकल्प के रूप में किया जाता है, जो एनएमपी के उपयोग से बच सकता है, लागत कम कर सकता है और पर्यावरण प्रदूषण को कम कर सकता है। साथ ही, उत्पादन प्रक्रिया के लिए पर्यावरणीय आर्द्रता की आवश्यकता नहीं होती है, बल्कि बैटरी की क्षमता में भी सुधार हो सकता है, चक्र जीवन बढ़ाया जा सकता है। इस पेपर में, लिथियम आयन बैटरी के प्रदर्शन में सीएमसी की भूमिका की समीक्षा की गई थी, और थर्मल स्थिरता, विद्युत चालकता और इलेक्ट्रोकेमिकल विशेषताओं के पहलुओं से बैटरी प्रदर्शन में सुधार करने वाले सीएमसी के तंत्र को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया था।

1. सीएमसी की संरचना और प्रदर्शन

1) सीएमसी संरचना

सीएमसी को आम तौर पर प्रतिस्थापन की विभिन्न डिग्री (डीएस) द्वारा वर्गीकृत किया जाता है, और उत्पाद आकृति विज्ञान और प्रदर्शन डीएस से बहुत प्रभावित होते हैं। एलएक्सआई एट अल। Na के विभिन्न H जोड़े के Ds के साथ CMC का अध्ययन किया। SEM विश्लेषण परिणामों से पता चला कि CMC-Li-1 (Ds = 1.00) ने दानेदार संरचना प्रस्तुत की, और CMC-Li-2 (Ds = 0.62) ने रैखिक संरचना प्रस्तुत की। एम. ई एट अल के शोध से साबित हुआ कि सी.एम.सी. स्टाइरीन ब्यूटाडीन रबर (एसबीआर) ली:ओ के ढेर को रोक सकता है और इंटरफ़ेस संरचना को स्थिर कर सकता है, जो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन के लिए फायदेमंद है।

2) सीएमसी प्रदर्शन

2.1 )तापीय स्थिरता

ज़ेड हान एट अल। विभिन्न बाइंडरों की तापीय स्थिरता का अध्ययन किया। pVDF का क्रांतिक तापमान लगभग 4500C है। 500℃ तक पहुंचने पर, तेजी से विघटन होता है और द्रव्यमान लगभग 70% कम हो जाता है। जब तापमान 600℃ तक पहुंच गया, तो द्रव्यमान 70% तक कम हो गया। जब तापमान 300oC तक पहुंच गया, तो CMC-Li का द्रव्यमान 70% कम हो गया। जब तापमान 400℃ तक पहुंच गया, तो सीएमसी-ली का द्रव्यमान 10% कम हो गया। बैटरी जीवन के अंत में सीएमसीएलआई पीवीडीएफ की तुलना में अधिक आसानी से विघटित हो जाता है।

2.2 )विद्युत चालकता

एस. चाउ एट अल. के परीक्षण परिणामों से पता चला कि CMCLI-1, CMC-Li-2 और pVDF की प्रतिरोधकता क्रमशः 0.3154 Mn·m और 0.2634 Mn थी। एम और 20.0365 एमएन·एम, यह दर्शाता है कि पीवीडीएफ की प्रतिरोधकता सीएमसीएलआई की तुलना में अधिक है, सीएमसी-एलआई की चालकता पीवीडीएफ की तुलना में बेहतर है, और सीएमसीएलआई.1 की चालकता सीएमसीएलआई.2 की तुलना में कम है।

2.3)विद्युत रासायनिक प्रदर्शन

एफएम कोर्टेल एट अल। जब विभिन्न बाइंडर्स का उपयोग किया गया तो पॉली-सल्फोनेट (एक्यू) आधारित इलेक्ट्रोड के चक्रीय वोल्टामेट्री वक्रों का अध्ययन किया गया। अलग-अलग बाइंडरों में अलग-अलग ऑक्सीकरण और कमी प्रतिक्रियाएं होती हैं, इसलिए शिखर क्षमता अलग होती है। उनमें से, CMCLi की ऑक्सीकरण क्षमता 2.15V है, और कमी क्षमता 2.55V है। पीवीडीएफ की ऑक्सीकरण क्षमता और कमी क्षमता क्रमशः 2.605 वी और 1.950 वी थी। पिछले दो बार के चक्रीय वोल्टामेट्री वक्रों की तुलना में, जब सीएमसीएलआई बाइंडर का उपयोग किया गया था तब ऑक्सीकरण-कमी शिखर का शिखर संभावित अंतर उस समय की तुलना में छोटा था जब पीवीडीएफ का उपयोग किया गया था, यह दर्शाता है कि प्रतिक्रिया कम बाधित थी और सीएमसीएलआई बाइंडर अधिक अनुकूल था ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रिया की घटना।

2. सीएमसी का अनुप्रयोग प्रभाव और तंत्र

1) अनुप्रयोग प्रभाव

पीजे सुओ एट अल. जब pVDF और CMC को बाइंडर के रूप में उपयोग किया गया था, तब Si/C मिश्रित सामग्रियों के इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन का अध्ययन किया गया था, और पाया गया कि CMC का उपयोग करने वाली बैटरी में पहली बार 700mAh/g की प्रतिवर्ती विशिष्ट क्षमता थी और 4O चक्रों के बाद भी 597mAh/g थी, जो pVDF का उपयोग करने वाली बैटरी से बेहतर थी। जेएच ली एट अल. ग्रेफाइट सस्पेंशन की स्थिरता पर सीएमसी के डीएस के प्रभाव का अध्ययन किया और माना कि सस्पेंशन की तरल गुणवत्ता डीएस द्वारा निर्धारित की गई थी। कम डीएस पर, सीएमसी में मजबूत हाइड्रोफोबिक गुण होते हैं, और जब पानी को मीडिया के रूप में उपयोग किया जाता है तो ग्रेफाइट सतह के साथ प्रतिक्रिया बढ़ सकती है। सीएमसी को सिलिकॉन-टिन मिश्र धातु एनोड सामग्री के चक्रीय गुणों की स्थिरता बनाए रखने में भी फायदे हैं। NiO इलेक्ट्रोड विभिन्न सांद्रता (0.1mouL, 0.3mol/L और 0.5mol/L) CMC और pVDF बाइंडर के साथ तैयार किए गए थे, और 0.1c के करंट के साथ 1.5-3.5V पर चार्ज और डिस्चार्ज किए गए थे। पहले चक्र के दौरान, पीवीडीएफ बाइंडर सेल की क्षमता सीएमसी बाइंडर सेल की तुलना में अधिक थी। जब चक्रों की संख्या lO तक पहुंच जाती है, तो pVDF बाइंडर की डिस्चार्ज क्षमता स्पष्ट रूप से कम हो जाती है। 4JD चक्रों के बाद, 0.1movL, 0.3MOUL और 0.5MovLPVDF बाइंडर्स की विशिष्ट डिस्चार्ज क्षमता क्रमशः 250mAh/g, 157mAtv 'g और 102mAh/g तक कम हो गई: 0.1 moL/L, 0.3 moL/L वाली बैटरियों की डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमताएं और 0.5 एमओएल/एलसीएमसी बाइंडर को रखा गया था क्रमशः 698mAh/g, 555mAh/g और 550mAh/g।

CMC बाइंडर का उपयोग LiTI0 पर किया जाता है। : और औद्योगिक उत्पादन में SnO2 नैनोकण। CMC को बाइंडर के रूप में, LiFepO4 और Li4TI50l2 को क्रमशः सकारात्मक और नकारात्मक सक्रिय सामग्री के रूप में उपयोग करते हुए, और pYR14FS1 को ज्वाला मंदक इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग करते हुए, बैटरी को तापमान पर 1.5v ~ 3.5V पर 0.1c के वर्तमान में 150 बार चक्रित किया गया, और सकारात्मक विशिष्ट कैपेसिटेंस 140mAh/g पर बनाए रखा गया था। सीएमसी में विभिन्न धातु लवणों के बीच, सीएमसीएलआई अन्य धातु आयनों का परिचय देता है, जो परिसंचरण के दौरान इलेक्ट्रोलाइट में "विनिमय प्रतिक्रिया (vii)" को रोक सकता है।

2) प्रदर्शन सुधार का तंत्र

सीएमसी ली बाइंडर लिथियम बैटरी में एक्यू बेस इलेक्ट्रोड के इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। एम. ई एट अल. -4 ने तंत्र पर प्रारंभिक अध्ययन किया और AQ इलेक्ट्रोड में CMC-Li के वितरण का एक मॉडल प्रस्तावित किया। सीएमसीएलआई का अच्छा प्रदर्शन ओएच द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन बांड के मजबूत बंधन प्रभाव से आता है, जो जाल संरचनाओं के कुशल निर्माण में योगदान देता है। हाइड्रोफिलिक सीएमसी-ली कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट में नहीं घुलेगा, इसलिए इसकी बैटरी में अच्छी स्थिरता है, और इलेक्ट्रोड संरचना के लिए मजबूत आसंजन है, जिससे बैटरी में अच्छी स्थिरता है। Cmc-li बाइंडर में अच्छी Li चालकता है क्योंकि CMC-Li की आणविक श्रृंखला पर बड़ी संख्या में कार्यात्मक समूह हैं। डिस्चार्ज के दौरान, ली के साथ काम करने वाले प्रभावी पदार्थों के दो स्रोत होते हैं: (1) इलेक्ट्रोलाइट में ली; (2) सक्रिय पदार्थ के प्रभावी केंद्र के निकट सीएमसी-ली की आणविक श्रृंखला पर ली।

कार्बोक्सिमिथाइल सीएमसी-ली बाइंडर में हाइड्रॉक्सिल समूह और हाइड्रॉक्सिल समूह की प्रतिक्रिया से सहसंयोजक बंधन बनेगा; विद्युत क्षेत्र बल की कार्रवाई के तहत, यू आणविक श्रृंखला या आसन्न आणविक श्रृंखला पर स्थानांतरित हो सकता है, अर्थात आणविक श्रृंखला संरचना क्षतिग्रस्त नहीं होगी; अंततः, Lj AQ कण से बंध जाएगा। यह इंगित करता है कि CMCLi के अनुप्रयोग से न केवल Li की स्थानांतरण दक्षता में सुधार होता है, बल्कि AQ की उपयोग दर में भी सुधार होता है। आणविक श्रृंखला में cH: COOLi और 10Li की सामग्री जितनी अधिक होगी, Li स्थानांतरण उतना ही आसान होगा। एम. आर्मंड एट अल. माना जाता है कि -COOH या OH के कार्बनिक यौगिक क्रमशः 1 Li के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं और कम क्षमता पर 1 C00Li या 1 0Li का उत्पादन कर सकते हैं। इलेक्ट्रोड में CMCLi बाइंडर के तंत्र का और अधिक पता लगाने के लिए, CMC-Li-1 को सक्रिय सामग्री के रूप में उपयोग किया गया और इसी तरह के निष्कर्ष प्राप्त किए गए। Li, CMC Li से एक cH, COOH और एक 0H के साथ प्रतिक्रिया करता है और क्रमशः cH: COOLi और एक 0 उत्पन्न करता है, जैसा कि समीकरण (1) और (2) में दिखाया गया है।

जैसे-जैसे cH, COOLi और OLi की संख्या बढ़ती है, CMC-Li का DS बढ़ता है। इससे पता चलता है कि मुख्य रूप से AQ कण सतह बाइंडर से बनी कार्बनिक परत Li को स्थानांतरित करने के लिए अधिक स्थिर और आसान हो जाती है। सीएमसीएलआई एक प्रवाहकीय बहुलक है जो ली को AQ कणों की सतह तक पहुंचने के लिए एक परिवहन मार्ग प्रदान करता है। सीएमसीएलआई बाइंडर्स में अच्छी इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक चालकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप अच्छा इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन होता है और सीएमसीएलआई इलेक्ट्रोड का चक्र जीवन लंबा होता है। जेएस ब्रिडेल एट अल। बैटरी के समग्र प्रदर्शन पर सिलिकॉन और पॉलिमर के बीच परस्पर क्रिया के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए विभिन्न बाइंडरों के साथ सिलिकॉन/कार्बन/पॉलिमर मिश्रित सामग्रियों का उपयोग करके लिथियम आयन बैटरी का एनोड तैयार किया और पाया कि बाइंडर के रूप में उपयोग किए जाने पर सीएमसी का प्रदर्शन सबसे अच्छा था। सिलिकॉन और सीएमसी के बीच एक मजबूत हाइड्रोजन बंधन होता है, जिसमें स्व-उपचार क्षमता होती है और सामग्री संरचना की स्थिरता बनाए रखने के लिए साइक्लिंग प्रक्रिया के दौरान सामग्री के बढ़ते तनाव को समायोजित कर सकता है। बाइंडर के रूप में सीएमसी के साथ, सिलिकॉन एनोड की क्षमता को कम से कम 100 चक्रों में 1000mAh/g से ऊपर रखा जा सकता है, और कूलम्ब दक्षता 99.9% के करीब है।

3, निष्कर्ष

बाइंडर के रूप में, सीएमसी सामग्री का उपयोग विभिन्न प्रकार की इलेक्ट्रोड सामग्री जैसे प्राकृतिक ग्रेफाइट, मेसो-फेज कार्बन माइक्रोस्फीयर (एमसीएमबी), लिथियम टाइटेनेट, टिन आधारित सिलिकॉन आधारित एनोड सामग्री और लिथियम आयरन फॉस्फेट एनोड सामग्री में किया जा सकता है, जो बैटरी में सुधार कर सकता है। pYDF की तुलना में क्षमता, चक्र स्थिरता और चक्र जीवन। यह सीएमसी सामग्रियों की तापीय स्थिरता, विद्युत चालकता और विद्युत रासायनिक गुणों के लिए फायदेमंद है। लिथियम आयन बैटरियों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए सीएमसी के लिए दो मुख्य तंत्र हैं:

(1) सीएमसी का स्थिर बॉन्डिंग प्रदर्शन स्थिर बैटरी प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए एक आवश्यक शर्त बनाता है;

(2) सीएमसी में अच्छी इलेक्ट्रॉन और आयन चालकता है और यह ली हस्तांतरण को बढ़ावा दे सकता है