A CMC-t az akkumulátoriparban használja

Mi az a nátrium-karboximetil-cellulóz?

Nátrium-karboximetil-cellulóz, (más néven: karboximetil-cellulóz nátriumsó, karboximetil-cellulóz, CMC, karboximetil, cellulózNátrium, nátrium-karboximetil-cellulóz) a világ legszélesebb körben használt rosttípusa, maximális adagolása.

A Cmc-na egy cellulózszármazék, amelynek polimerizációs foka 100-2000 és molekulatömege 242,16. Fehér rostos vagy szemcsés por. Szagtalan, íztelen, íztelen, higroszkópos, szerves oldószerekben nem oldódik. Ez a cikk elsősorban a nátrium-karboxi-metil-cellulóz lítium-ion akkumulátorokban való alkalmazásának megértését célozza.

Előrelépés a nátrium-karboxi-metil-cellulóz alkalmazásában CMClítium-ion akkumulátorokban

Jelenleg a polivinilidén-fluoridot [pVDF, (CH: A CF:)] széles körben használják kötőanyagként a lítium-ion akkumulátorok gyártásában. . A PVDF nemcsak drága, hanem robbanásveszélyes, környezetbarát szerves oldószereket, például N-metilt is fel kell használni, amely az alkán-keton (NMp) és a levegő páratartalma szigorúan a gyártási folyamathoz szükséges, könnyen beágyazható. fém-lítium, lítium-grafit másodlagos reakció, különösen magas hőmérséklet esetén, spontán hőkifutás veszélye. A nátrium-karboxi-metil-cellulózt (CMC), egy vízben oldódó kötőanyagot, a pVDF helyettesítőjeként használják az elektródaanyagoknál, ami elkerülheti az NMp használatát, csökkenti a költségeket és csökkenti a környezetszennyezést. Ugyanakkor a gyártási folyamat nem igényel környezeti páratartalmat, de javíthatja az akkumulátor kapacitását, meghosszabbíthatja a ciklus élettartamát. Ebben a cikkben áttekintettük a CMC szerepét a lítium-ion akkumulátor teljesítményében, és összefoglaltuk a CMC akkumulátor teljesítményt javító mechanizmusát a hőstabilitás, az elektromos vezetőképesség és az elektrokémiai jellemzők szempontjából.

1. A CMC felépítése és teljesítménye

1) CMC szerkezet

A CMC-t általában a szubsztitúció különböző foka (Ds) szerint osztályozzák, és a termék morfológiáját és teljesítményét nagymértékben befolyásolja a D-k. LXie et al. tanulmányozta a CMC-t különböző Na H-párok D-jeivel. A SEM analízis eredményei azt mutatták, hogy a CMC-Li-1 (Ds = 1,00) szemcsés szerkezetet, a CMC-Li-2 (Ds = 0,62) pedig lineáris szerkezetet mutatott be. M. E és munkatársai kutatásai bebizonyították, hogy a CMC. A sztirol-butadién gumi (SBR) gátolhatja a Li:O agglomerációját és stabilizálja az interfész szerkezetét, ami előnyös az elektrokémiai teljesítmény szempontjából.

2) CMC teljesítmény

2.1 )Hőstabilitás

Zj Han és mtsai. különböző kötőanyagok termikus stabilitását tanulmányozta. A pVDF kritikus hőmérséklete körülbelül 4500 C. 500 ℃ elérésekor gyors bomlás következik be, és a tömeg körülbelül 70%-kal csökken. Amikor a hőmérséklet elérte a 600 ℃-ot, a tömeg tovább csökkent 70%-kal. Amikor a hőmérséklet elérte a 300 oC-ot, a CMC-Li tömege 70%-kal csökkent. Amikor a hőmérséklet elérte a 400 ℃-ot, a CMC-Li tömege 10%-kal csökkent. A CMCLi könnyebben lebomlik, mint a pVDF az akkumulátor élettartamának végén.

2.2 )Az elektromos vezetőképesség

S. Chou et al. A teszt eredményei azt mutatták, hogy a CMCLI-1, a CMC-Li-2 és a pVDF fajlagos ellenállása 0,3154 Mn·m, illetve 0,2634 Mn volt. M és 20,0365 Mn·m, ami azt jelzi, hogy a pVDF ellenállása nagyobb, mint a CMCL-é, a CMC-LI vezetőképessége jobb, mint a pVDF-é, és a CMCLI.1 vezetőképessége kisebb, mint a CMCLI.2-é.

2.3)Elektrokémiai teljesítmény

FM Courtel et al. poliszulfonát (AQ) alapú elektródák ciklikus voltammetriás görbéit tanulmányozta, amikor különböző kötőanyagokat használtak. A különböző kötőanyagok eltérő oxidációs és redukciós reakciókkal rendelkeznek, így a csúcspotenciál eltérő. Ezek közül a CMCL oxidációs potenciálja 2,15 V, a redukciós potenciálja 2,55 V. A pVDF oxidációs és redukciós potenciálja 2,605 V, illetve 1,950 V volt. Összehasonlítva az előző két idő ciklikus voltammetriás görbéivel, az oxidációs-redukciós csúcs csúcspotenciálkülönbsége CMCLi kötőanyag használatakor kisebb volt, mint pVDF használatakor, ami azt jelzi, hogy a reakció kevésbé akadályozott, és a CMCLi kötőanyag kedvezőbb volt a az oxidációs-redukciós reakció bekövetkezése.

2. A CMC alkalmazási hatása és mechanizmusa

1) Alkalmazási hatás

Pj Suo et al. tanulmányozta a Si/C kompozit anyagok elektrokémiai teljesítményét, amikor pVDF-et és CMC-t használtak kötőanyagként, és azt találta, hogy a CMC-t használó akkumulátor reverzibilis fajlagos kapacitása először 700 mAh/g volt, és 4O ciklus után is 597 mAh/g volt. jobb volt, mint a pVDF-et használó akkumulátor. Jh Lee et al. tanulmányozta a CMC Ds hatását a grafitszuszpenzió stabilitására, és úgy vélte, hogy a szuszpenzió folyadékminőségét a Ds határozza meg. Alacsony DS mellett a CMC erős hidrofób tulajdonságokkal rendelkezik, és fokozhatja a reakciót a grafitfelülettel, ha vizet használnak közegként. A CMC előnyei a szilícium-ón ötvözetből készült anódanyagok ciklikus tulajdonságainak stabilitásának megőrzésében is. A NiO elektródákat különböző koncentrációjú (0,1mouL, 0,3mol/L és 0,5mol/L) CMC és pVDF kötőanyaggal készítettük elő, és 1,5-3,5 V-on töltöttük és kisüttük 0,1c áramerősséggel. Az első ciklus során a pVDF kötősejt kapacitása nagyobb volt, mint a CMC kötősejt kapacitása. Amikor a ciklusok száma eléri az lO-t, a pVDF kötőanyag kisülési kapacitása nyilvánvalóan csökken. 4JD ciklusok után a 0.1movL, 0.3MOUL és 0.5MovLPVDF kötőanyagok fajlagos kisütési kapacitása 250mAh/g-ra, 157mAtv 'g és 102mAh/g-ra csökkent: A 0.1 moL/0-es akkumulátorok kisütési fajlagos kapacitása.3 moL,/0 és 0,5 mol/LCMC kötőanyag 698 mAh/g, 555 mAh/g és 550 mAh/g értéken tartották.

A LiTI0-on CMC kötőanyagot használnak. : és SnO2 nanorészecskék az ipari termelésben. CMC-t használva kötőanyagként, LiFepO4-et és Li4TI50l2-t pozitív és negatív aktív anyagként, valamint pYR14FS1-et égésgátló elektrolitként használva az akkumulátort 150-szer ciklikusan 0,1c árammal 1,5V ~ 3,5V hőmérsékleten, és a pozitív fajlagos. a kapacitást 140 mAh/g értéken tartottuk. A CMC-ben található különféle fémsók közül a CMCLi más fémionokat is bevezet, amelyek gátolhatják a „cserereakciót (vii)” az elektrolitban a keringés során.

2) A teljesítmény javításának mechanizmusa

A CMC Li kötőanyag javíthatja az AQ alapelektródák elektrokémiai teljesítményét a lítium akkumulátorban. M.E et al. -4 előzetes tanulmányt végzett a mechanizmusról, és modellt javasolt a CMC-Li eloszlására az AQ elektródában. A CMCLi jó teljesítménye az OH által létrehozott hidrogénkötések erős kötő hatásából adódik, amely hozzájárul a hálós szerkezetek hatékony kialakításához. A hidrofil CMC-Li nem oldódik fel a szerves elektrolitban, ezért jó az akkumulátor stabilitása, és erősen tapad az elektróda szerkezetéhez, ami jó stabilitást biztosít az akkumulátornak. A Cmc-li kötőanyag jó Li vezetőképességgel rendelkezik, mivel a CMC-Li molekulaláncában nagyszámú funkciós csoport található. A kisülés során két hatékony anyagforrás hat a Li-re: (1) Li az elektrolitban; (2) Li a CMC-Li molekulaláncán a hatóanyag hatásos központja közelében.

A hidroxilcsoport és a hidroxilcsoport reakciója karboximetil-CMC-Li kötőanyagban kovalens kötést képez; Az elektromos térerő hatására U átjuthat a molekulaláncra vagy a szomszédos molekulaláncra, vagyis a molekulalánc szerkezete nem sérül; Végül Lj kötődni fog az AQ részecskéhez. Ez azt jelzi, hogy a CMCL alkalmazása nemcsak a Li átviteli hatékonyságát javítja, hanem az AQ kihasználtságát is. Minél magasabb a cH: COOLi és 10Li tartalom a molekulaláncban, annál könnyebb a Li transzfer. M. Arrmand et al. úgy gondolták, hogy a -COOH vagy OH szerves vegyületei reagálhatnak 1 Li-vel, és alacsony potenciál mellett 1 C00Li vagy 10Li képződhetnek. Az elektródában lévő CMCLi kötőanyag mechanizmusának további feltárása érdekében CMC-Li-1-et használtunk aktív anyagként, és hasonló következtetésekre jutottunk. Li reagál egy cH-val, COOH-val és egy 0H-val a CMC Li-ből, és cH-t generál: COOLi és egy 0 ", amint azt az (1) és (2) egyenlet mutatja.

A cH, COOLi és OLi számának növekedésével a CMC-Li DS értéke nő. Ez azt mutatja, hogy a főként AQ szemcsés felületi kötőanyagból álló szerves réteg stabilabbá válik, és könnyebben átadható a Li. A CMCLi egy vezetőképes polimer, amely szállítási útvonalat biztosít a Li számára, hogy elérje az AQ részecskék felületét. A CMCLi kötőanyagok jó elektronikus és ionos vezetőképességgel rendelkeznek, ami jó elektrokémiai teljesítményt és a CMCLi elektródák hosszú élettartamát eredményezi. JS Bridel et al. elkészítette a lítium-ion akkumulátor anódját szilícium/szén/polimer kompozit anyagok felhasználásával, különböző kötőanyagokkal, hogy tanulmányozza a szilícium és a polimer közötti kölcsönhatás hatását az akkumulátor általános teljesítményére, és megállapította, hogy a CMC teljesítménye a legjobb, ha kötőanyagként használták. Erős hidrogénkötés van a szilícium és a CMC között, amely öngyógyító képességgel rendelkezik, és képes szabályozni az anyag növekvő feszültségét a ciklus során, hogy megőrizze az anyag szerkezetének stabilitását. CMC-vel mint kötőanyaggal a szilícium anód kapacitása 1000mAh/g felett tartható legalább 100 ciklus alatt, a coulomb hatásfoka pedig megközelíti a 99,9%-ot.

3, következtetés

Kötőanyagként a CMC-anyag különféle típusú elektródaanyagokban használható, például természetes grafitban, mezofázisú szén-mikrogömbökben (MCMB), lítium-titanátban, ónalapú szilícium-alapú anódanyagban és lítium-vas-foszfát-anód anyagban, amelyek javíthatják az akkumulátort kapacitás, ciklusstabilitás és ciklusélettartam a pYDF-hez képest. Előnyös a CMC anyagok hőstabilitása, elektromos vezetőképessége és elektrokémiai tulajdonságai szempontjából. A CMC két fő mechanizmussal javítja a lítium-ion akkumulátorok teljesítményét:

(1) A CMC stabil kötési teljesítménye szükséges előfeltételt teremt az akkumulátor stabil teljesítményének eléréséhez;

(2) A CMC jó elektron- és ionvezető képességgel rendelkezik, és elősegítheti a Li transzfert