CMC se koristi u industriji baterija

Što je natrijeva karboksimetil celuloza?

Natrijeva karboksimetil celuloza, (također nazvana: natrijeva sol karboksimetil celuloze, karboksimetil celuloza, CMC, karboksimetil, natrijeva celuloza, natrijeva sol of karboksimetilceluloze) najraširenija je vrsta vlakana u svijetu, s maksimalnom dozom.

Cmc-na je derivat celuloze sa stupnjem polimerizacije od 100~2000 i molekulskom težinom od 242,16. Bijeli vlaknasti ili granulirani prah. Bez mirisa, okusa, bez okusa, higroskopan, netopljiv u organskim otapalima. Ovaj rad uglavnom služi za razumijevanje primjene natrijeve karboksimetil celuloze u detaljima litij-ionske baterije.

Napredak u primjeni natrijeve karboksimetil celuloze CMCu litij-ionskim baterijama

Trenutno se poliviniliden fluorid [pVDF, (CH: A CF:)] široko koristi kao vezivo u proizvodnji litij-ionskih baterija. . PVDF nije samo skup, već ga je potrebno koristiti u procesu primjene eksplozivnih, ekološki prihvatljivih organskih otapala, kao što je N metil koji je alkan keton (NMp) i zahtjevi za vlažnost zraka za proizvodni proces striktni, također lako s ugrađenim metal litij, litij grafit sekundarna reakcija, posebno u uvjetima visoke temperature, spontani rizik od toplinskog bijega. Natrijeva karboksimetil celuloza (CMC), vezivo topivo u vodi, koristi se kao zamjena za pVDF za materijale elektroda, čime se može izbjeći uporaba NMp, smanjiti troškovi i smanjiti zagađenje okoliša. U isto vrijeme, proizvodni proces ne zahtijeva vlažnost okoline, ali također može poboljšati kapacitet baterije, produžiti vijek trajanja. U ovom radu je prikazana uloga CMC-a u performansama litij-ionske baterije, a mehanizam CMC-a koji poboljšava performanse baterije sažet je s aspekta toplinske stabilnosti, električne vodljivosti i elektrokemijskih karakteristika.

1. Struktura i izvedba CMC-a

1) CMC struktura

CMC se općenito klasificira prema različitim stupnjevima supstitucije (Ds), a Ds uvelike utječu na morfologiju i učinak proizvoda. LXie i sur. proučavao CMC s Ds različitih H parova Na. Rezultati SEM analize pokazali su da CMC-Li-1 (Ds = 1,00) ima granularnu strukturu, a CMC-Li-2 (Ds = 0,62) ima linearnu strukturu. Istraživanja M. E i suradnika dokazala su da CMC. Stiren butadien kaučuk (SBR) može inhibirati aglomeraciju Li: O i stabilizirati strukturu sučelja, što je korisno za elektrokemijsku izvedbu.

2) CMC performanse

2.1)Toplinska stabilnost

Zj Han i sur. proučavao toplinsku stabilnost različitih veziva. Kritična temperatura pVDF-a je oko 4500C. Kada se postigne 500 ℃, dolazi do brzog raspadanja i masa se smanjuje za oko 70%. Kada je temperatura dosegla 600 ℃, masa se dodatno smanjila za 70%. Kada je temperatura dosegla 300oC, masa CMC-Li se smanjila za 70%. Kada je temperatura dosegla 400 ℃, masa CMC-Li je smanjena za 10%. CMCLi se lakše razgrađuje nego pVDF na kraju trajanja baterije.

2.2 )Električna vodljivost

S. Chou i sur. Rezultati ispitivanja pokazali su da je otpornost CMCLI-1, CMC-Li-2 i pVDF 0,3154 Mn·m odnosno 0,2634 Mn. M i 20,0365 Mn·m, što ukazuje da je otpornost pVDF-a veća od otpornosti CMCLi, vodljivost CMC-LI bolja od one pVDF, a vodljivost CMCLI.1 niža od one CMCLI.2.

2.3)Elektrokemijska izvedba

FM Courtel i sur. proučavali cikličke voltametrijske krivulje elektroda na bazi polisulfonata (AQ) kada su korištena različita veziva. Različita veziva imaju različite reakcije oksidacije i redukcije, tako da je vršni potencijal različit. Među njima, oksidacijski potencijal CMCLi je 2,15 V, a redukcijski potencijal 2,55 V. Oksidacijski potencijal i redukcijski potencijal pVDF-a bili su 2,605 V odnosno 1,950 V. U usporedbi s krivuljama cikličke voltametrije iz prethodna dva puta, vršna razlika potencijala oksidacijsko-redukcijskog vrha kada je korišten CMCLi vezivo bila je manja od one kada je korišten pVDF, što ukazuje da je reakcija bila manje ometana i CMCLi vezivo je pogodnije za pojava oksidacijsko-redukcijske reakcije.

2. Učinak i mehanizam primjene CMC

1) Učinak primjene

Pj Suo i sur. proučavali su elektrokemijsku izvedbu Si/C kompozitnih materijala kada su pVDF i CMC korišteni kao veziva i otkrili da je baterija koja koristi CMC po prvi put imala reverzibilni specifični kapacitet od 700 mAh/g i još uvijek je imala 597 mAh/g nakon 40 ciklusa, što bio je bolji od baterije koja koristi pVDF. Jh Lee i sur. proučavao je utjecaj D CMC na stabilnost grafitne suspenzije i vjerovao da je kvaliteta tekućine suspenzije određena Ds. Pri niskom DS-u, CMC ima jaka hidrofobna svojstva i može povećati reakciju s površinom grafita kada se voda koristi kao medij. CMC također ima prednosti u održavanju stabilnosti cikličkih svojstava anodnih materijala od legure silicija i kositra. NiO elektrode su pripremljene s različitim koncentracijama (0,1mouL, 0,3mol/L i 0,5mol/L) CMC i pVDF veziva, te su punjene i pražnjene na 1,5-3,5V uz struju od 0,1c. Tijekom prvog ciklusa, kapacitet pVDF vezivne stanice bio je veći od kapaciteta CMC vezivne stanice. Kada broj ciklusa dosegne 10, kapacitet pražnjenja pVDF veziva očito opada. Nakon 4JD ciklusa, specifični kapaciteti pražnjenja veziva od 0,1 moL, 0,3 MOUL i 0,5 MovLPVDF smanjili su se na 250 mAh/g, 157 mAtv 'g i 102 mAh/g, respektivno: Specifični kapaciteti pražnjenja baterija s 0,1 moL/L, 0,3 moL/L i 0,5 moL/LCMC veziva održavani su na 698 mAh/g, 555 mAh/g i 550 mAh/g, redom.

CMC vezivo koristi se na LiTI0. : i nanočestice SnO2 u industrijskoj proizvodnji. Korištenjem CMC kao veziva, LiFepO4 i Li4TI50l2 kao pozitivnih i negativnih aktivnih materijala, te korištenjem pYR14FS1 kao elektrolita koji usporava plamen, baterija je kružila 150 puta pri struji od 0,1c pri 1,5v ~ 3,5V pri temperaturi, a pozitivna specifična kapacitet je održavan na 140 mAh/g. Među različitim metalnim solima u CMC, CMCLi uvodi druge metalne ione, koji mogu inhibirati "reakciju izmjene (vii)" u elektrolitu tijekom cirkulacije.

2) Mehanizam poboljšanja performansi

CMC Li vezivo može poboljšati elektrokemijsku izvedbu AQ bazne elektrode u litijskoj bateriji. M. E i sur. -4 proveo je preliminarnu studiju o mehanizmu i predložio model raspodjele CMC-Li u AQ elektrodi. Dobra izvedba CMCLi dolazi od snažnog učinka vezivanja vodikovih veza koje proizvodi OH, što pridonosi učinkovitom formiranju mrežastih struktura. Hidrofilni CMC-Li neće se otopiti u organskom elektrolitu, tako da ima dobru stabilnost u bateriji i ima snažno prianjanje na strukturu elektrode, što bateriju čini dobrom stabilnošću. Cmc-li vezivo ima dobru Li vodljivost jer postoji veliki broj funkcionalnih skupina na molekularnom lancu CMC-Li. Tijekom pražnjenja postoje dva izvora učinkovitih tvari koje djeluju s Li: (1) Li u elektrolitu; (2) Li na molekularnom lancu CMC-Li u blizini efektivnog središta aktivne tvari.

Reakcija hidroksilne skupine i hidroksilne skupine u karboksimetil CMC-Li vezivu stvorit će kovalentnu vezu; Pod djelovanjem sile električnog polja, U se može prenijeti na molekularni lanac ili susjedni molekularni lanac, to jest struktura molekularnog lanca neće biti oštećena; Na kraju će se Lj vezati za česticu AQ. To ukazuje da primjena CMCLi ne samo da poboljšava učinkovitost prijenosa Lija, već također poboljšava stopu iskorištenja AQ. Što je veći sadržaj cH:COOLi i 10Li u molekulskom lancu, to je lakši prijenos Li. M. Arrmand i sur. vjerovao je da organski spojevi -COOH ili OH mogu reagirati s 1 Li redom i proizvesti 1 C00Li ili 1 0Li pri niskom potencijalu. Kako bi se dalje istražio mehanizam CMCLi veziva u elektrodi, CMC-Li-1 korišten je kao aktivni materijal i dobiveni su slični zaključci. Li reagira s jednim cH, COOH i jednim 0H iz CMC Li i generira cH: COOLi i jedan 0 “, kao što je prikazano u jednadžbama (1) i (2)

Kako se broj cH, COOLi i OLi povećava, DS CMC-Li raste. To pokazuje da organski sloj sastavljen uglavnom od površinskog veziva čestica AQ postaje stabilniji i lakši za prijenos Lija. CMCLi je vodljivi polimer koji osigurava transportni put za Li da dođe do površine AQ čestica. CMCLi veziva imaju dobru elektronsku i ionsku vodljivost, što rezultira dobrom elektrokemijskom izvedbom i dugim vijekom trajanja CMCLi elektroda. JS Bridel i sur. pripremili su anodu litij-ionske baterije koristeći silicij/ugljik/polimer kompozitne materijale s različitim vezivima kako bi proučili utjecaj interakcije između silicija i polimera na ukupnu izvedbu baterije i otkrili da CMC ima najbolju izvedbu kada se koristi kao vezivo. Postoji jaka vodikova veza između silicija i CMC-a, koja ima sposobnost samozacjeljivanja i može prilagoditi rastuće naprezanje materijala tijekom cikličkog procesa kako bi održala stabilnost strukture materijala. Uz CMC kao vezivo, kapacitet silicijske anode može se održati iznad 1000 mAh/g u najmanje 100 ciklusa, a kulonska učinkovitost je blizu 99,9%.

3, zaključak

Kao vezivo, CMC materijal može se koristiti u različitim vrstama materijala za elektrode kao što su prirodni grafit, mezofazne ugljične mikrosfere (MCMB), litij titanat, anodni materijal na bazi silicija i litij željezo fosfat anodni materijal, što može poboljšati bateriju kapacitet, stabilnost ciklusa i vijek trajanja ciklusa u usporedbi s pYDF. Povoljno djeluje na toplinsku stabilnost, električnu vodljivost i elektrokemijska svojstva CMC materijala. Postoje dva glavna mehanizma pomoću kojih CMC poboljšava učinkovitost litij-ionskih baterija:

(1) Stabilna izvedba spajanja CMC-a stvara nužan preduvjet za postizanje stabilne izvedbe baterije;

(2) CMC ima dobru elektronsku i ionsku vodljivost i može pospješiti prijenos Li