CMC-ն օգտագործում է մարտկոցների արդյունաբերության մեջ

Ինչ է նատրիումի կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզը?

Նատրիումի կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզա, (նաև կոչվում է կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզ նատրիումի աղ, կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզա, CMC, կարբոքսիմեթիլ, ցելյուլոզաՆատրիում, նատրիումիսալտոֆկաբոքսիմեթիլցելյուլոզա) մանրաթելերի աշխարհի ամենատարածված տեսակներն են, առավելագույն չափաբաժինը:

Cmc-na-ն բջջանյութի ածանցյալ է՝ 100~2000 պոլիմերացման աստիճանով և 242,16 մոլեկուլային քաշով: Սպիտակ մանրաթելային կամ հատիկավոր փոշի: Անհոտ, անհամ, անհամ, հիգրոսկոպիկ, օրգանական լուծիչներում չլուծվող: Այս փաստաթուղթը հիմնականում հասկանալու համար նատրիումի կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզայի կիրառումը լիթիումի իոնային մարտկոցի մանրամասներում:

Նատրիումի կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզայի կիրառման առաջընթացը CMCլիթիումի իոնային մարտկոցներում

Ներկայումս պոլիվինիլիդեն ֆտորիդը [pVDF, (CH: A CF:)] լայնորեն օգտագործվում է որպես կապող նյութ լիթիումի իոնային մարտկոցների արտադրության մեջ։ . PVDF-ը ոչ միայն թանկ է, այլև անհրաժեշտ է օգտագործել պայթուցիկ նյութերի կիրառման գործընթացում, որոնք բարեկամական են օրգանական լուծիչների շրջակա միջավայրին, ինչպիսիք են N մեթիլը, որը ալկանային կետոնի (NMp) և օդի խոնավության պահանջները արտադրության գործընթացի համար խստորեն, ինչպես նաև հեշտությամբ ներկառուցված են: մետաղական լիթիում, լիթիումի գրաֆիտի երկրորդային ռեակցիա, հատկապես բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում, ջերմային փախուստի ինքնաբուխ վտանգ: Նատրիումի կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզը (CMC), ջրում լուծվող կապող նյութ, օգտագործվում է որպես էլեկտրոդային նյութերի pVDF-ի փոխարինող, որը կարող է խուսափել NMp-ի օգտագործումից, նվազեցնել ծախսերը և նվազեցնել շրջակա միջավայրի աղտոտումը: Միևնույն ժամանակ, արտադրության գործընթացը չի պահանջում շրջակա միջավայրի խոնավություն, բայց կարող է նաև բարելավել մարտկոցի հզորությունը, երկարացնել ցիկլի կյանքը: Այս հոդվածում վերանայվել է CMC-ի դերը լիթիումի իոնային մարտկոցի աշխատանքի մեջ, և CMC-ի մեխանիզմը, որը բարելավում է մարտկոցի աշխատանքը, ամփոփվել է ջերմային կայունության, էլեկտրական հաղորդունակության և էլեկտրաքիմիական բնութագրերի ասպեկտներից:

1. ՃԿԿ-ի կառուցվածքը և կատարումը

1) ՃԿԿ կառուցվածքը

CMC-ն ընդհանուր առմամբ դասակարգվում է ըստ փոխարինման տարբեր աստիճանի (Ds), և արտադրանքի մորֆոլոգիայի և կատարողականի վրա մեծապես ազդում են D-ները: LXie et al. ուսումնասիրել է CMC-ն Na-ի տարբեր H զույգերի D-ներով: SEM վերլուծության արդյունքները ցույց են տվել, որ CMC-Li-1 (Ds = 1.00) ներկայացրել է հատիկավոր կառուցվածք, իսկ CMC-Li-2 (Ds = 0.62)՝ գծային կառուցվածք: M. E et al-ի հետազոտությունն ապացուցեց, որ CMC. Ստիրոլ բութադիենային կաուչուկը (SBR) կարող է արգելակել Li:O-ի ագլոմերացիան և կայունացնել միջերեսի կառուցվածքը, ինչը օգտակար է էլեկտրաքիմիական աշխատանքի համար:

2) ՃԿԿ կատարողականը

2.1)Ջերմային կայունություն

Zj Han et al. ուսումնասիրել է տարբեր կապակցիչների ջերմային կայունությունը։ pVDF-ի կրիտիկական ջերմաստիճանը մոտ 4500C է: 500℃-ին հասնելու դեպքում տեղի է ունենում արագ քայքայում և զանգվածը կրճատվում է մոտ 70%-ով։ Երբ ջերմաստիճանը հասավ 600℃, զանգվածը հետագայում կրճատվեց 70%-ով։ Երբ ջերմաստիճանը հասել է 300oC-ի, CMC-Li-ի զանգվածը կրճատվել է 70%-ով։ Երբ ջերմաստիճանը հասավ 400℃, CMC-Li-ի զանգվածը կրճատվեց 10%-ով։ CMCLi-ն ավելի հեշտությամբ քայքայվում է, քան pVDF-ը մարտկոցի ժամկետի վերջում:

2.2)Էլեկտրական հաղորդունակություն

S. Chou et al. Փորձարկման արդյունքները ցույց են տվել, որ CMCLI-1, CMC-Li-2 և pVDF դիմադրողականությունը համապատասխանաբար 0,3154 Mn·m և 0,2634 Mn է: M և 20,0365 Mn·m, ինչը ցույց է տալիս, որ pVDF-ի դիմադրողականությունն ավելի բարձր է, քան CMCLi-ն, CMC-LI-ն ավելի լավ է, քան pVDF-ը, իսկ CMCLI.1-ի հաղորդունակությունը ցածր է, քան CMCLI.2-ը:

2.3)Էլեկտրաքիմիական կատարում

FM Courtel et al. ուսումնասիրել է պոլիսուլֆոնատային (AQ) վրա հիմնված էլեկտրոդների ցիկլային վոլտամետրիայի կորերը, երբ օգտագործվում էին տարբեր կապիչներ: Տարբեր կապակցիչներ ունեն տարբեր օքսիդացման և նվազեցման ռեակցիաներ, ուստի գագաթնակետային ներուժը տարբեր է: Դրանցից CMCLi-ի օքսիդացման պոտենցիալը 2,15 Վ է, իսկ վերականգնողականը՝ 2,55 Վ։ pVDF-ի օքսիդացման պոտենցիալը և նվազեցման պոտենցիալը համապատասխանաբար եղել են 2,605 Վ և 1,950 Վ: Նախորդ երկու անգամների ցիկլային վոլտամետրիայի կորերի համեմատ, CMCLi կապակցիչի օգտագործման օքսիդացում-նվազեցման գագաթնակետի պոտենցիալ գագաթնակետային տարբերությունն ավելի փոքր էր, քան pVDF-ի օգտագործման ժամանակ, ինչը ցույց է տալիս, որ ռեակցիան ավելի քիչ խոչընդոտված էր, և CMCLi կապողն ավելի նպաստավոր էր օքսիդացում-վերականգնման ռեակցիայի առաջացումը.

2. CMC-ի կիրառման էֆեկտ և մեխանիզմ

1) Կիրառական ազդեցություն

Pj Suo et al. ուսումնասիրել է Si/C կոմպոզիտային նյութերի էլեկտրաքիմիական կատարումը, երբ pVDF-ն և CMC-ն օգտագործվել են որպես կապող նյութեր, և պարզել է, որ CMC օգտագործող մարտկոցն առաջին անգամ ունեցել է շրջելի հատուկ հզորություն՝ 700 mAh/g և դեռևս ուներ 597 mAh/g 4O ցիկլերից հետո, ինչը: գերազանցում էր pVDF օգտագործող մարտկոցին: Jh Lee et al. ուսումնասիրել է CMC-ի D-ների ազդեցությունը գրաֆիտի կախոցի կայունության վրա և կարծում է, որ կախոցի հեղուկ որակը որոշվում է Ds-ի կողմից։ Ցածր DS-ի դեպքում CMC-ն ունի ուժեղ հիդրոֆոբ հատկություններ և կարող է մեծացնել ռեակցիան գրաֆիտի մակերեսի հետ, երբ ջուրն օգտագործվում է որպես միջավայր: CMC-ն ունի նաև առավելություններ սիլիցիում-անագ համաձուլվածքի անոդ նյութերի ցիկլային հատկությունների կայունությունը պահպանելու հարցում: NiO էլեկտրոդները պատրաստվել են տարբեր կոնցենտրացիաներով (0.1 mouL, 0.3mol/L և 0.5mol/L) CMC և pVDF կապակցիչով և լիցքավորվել և լիցքաթափվել 1.5-3.5V 0.1c հոսանքով: Առաջին ցիկլի ընթացքում pVDF կապակցիչ բջիջի հզորությունն ավելի բարձր էր, քան CMC կապակցիչ խցիկի հզորությունը: Երբ ցիկլերի թիվը հասնում է lO-ի, pVDF կապակցիչի լիցքաթափման հզորությունը ակնհայտորեն նվազում է: 4JD ցիկլերից հետո 0.1movL, 0.3MOUL և 0.5MovLPVDF կապակցիչների հատուկ լիցքաթափման հզորությունները նվազել են մինչև 250mAh/g, 157mAtv 'g և 102mAh/g, համապատասխանաբար. մարտկոցների լիցքաթափման հատուկ հզորությունները mo. և 0.5 մոլ/LCMC կապակցիչը պահվել է համապատասխանաբար 698 մԱժ/գ, 555 մԱժ/գ և 550 մԱժ/գ:

CMC կապակցիչը օգտագործվում է LiTI0-ի վրա: և SnO2 նանոմասնիկները արդյունաբերական արտադրության մեջ: Օգտագործելով CMC որպես կապող, LiFepO4 և Li4TI50l2 որպես դրական և բացասական ակտիվ նյութեր, համապատասխանաբար, և օգտագործելով pYR14FS1 որպես բոցավառվող էլեկտրոլիտ, մարտկոցը 150 անգամ պտտվել է 0.1c հոսանքի տակ 1.5v ~ 3.5V ջերմաստիճանում, իսկ դրական հատուկը: հզորությունը պահպանվել է 140 mAh / գ: CMC-ում տարբեր մետաղական աղերի շարքում CMCLi-ն ներմուծում է այլ մետաղական իոններ, որոնք կարող են արգելակել «փոխանակման ռեակցիան (vii)» էլեկտրոլիտում շրջանառության ընթացքում:

2) կատարողականի բարելավման մեխանիզմ

CMC Li կապակցիչը կարող է բարելավել AQ բազային էլեկտրոդի էլեկտրաքիմիական կատարումը լիթիումի մարտկոցում: M. E et al. -4-ն իրականացրել է մեխանիզմի նախնական ուսումնասիրություն և առաջարկել CMC-Li-ի բաշխման մոդելը AQ էլեկտրոդում: CMCLi-ի լավ կատարումը գալիս է OH-ի կողմից արտադրված ջրածնային կապերի ուժեղ կապող ազդեցությունից, որը նպաստում է ցանցային կառուցվածքների արդյունավետ ձևավորմանը: Հիդրոֆիլ CMC-Li-ն չի լուծվի օրգանական էլեկտրոլիտում, ուստի այն լավ կայունություն ունի մարտկոցում և ունի ուժեղ կպչունություն էլեկտրոդի կառուցվածքին, ինչը ստիպում է մարտկոցը լավ կայունություն ունենալ: Cmc-li կապողն ունի լավ Li-ի հաղորդունակություն, քանի որ CMC-Li-ի մոլեկուլային շղթայի վրա կան մեծ թվով ֆունկցիոնալ խմբեր: Լիցքաթափման ժամանակ Li-ի հետ գործող արդյունավետ նյութերի երկու աղբյուր կա. (1) էլեկտրոլիտում գտնվող Li; (2) Li CMC-Li-ի մոլեկուլային շղթայի վրա՝ ակտիվ նյութի արդյունավետ կենտրոնի մոտ:

Հիդրօքսիլ խմբի և հիդրօքսիլ խմբի արձագանքը կարբոքսիմեթիլ CMC-Li կապակցիչում կառաջացնի կովալենտային կապ. Էլեկտրական դաշտի ուժի ազդեցության տակ U-ն կարող է փոխանցվել մոլեկուլային շղթայի կամ հարակից մոլեկուլային շղթայի վրա, այսինքն՝ մոլեկուլային շղթայի կառուցվածքը չի վնասվի. Ի վերջո, Lj-ը կապվելու է AQ մասնիկի հետ: Սա ցույց է տալիս, որ CMCLi-ի կիրառումը ոչ միայն բարելավում է Li-ի փոխանցման արդյունավետությունը, այլև բարելավում է AQ-ի օգտագործման արագությունը: Որքան բարձր է cH-ի պարունակությունը՝ COOLi և 10Li մոլեկուլային շղթայում, այնքան հեշտ է Li-ի փոխանցումը: M. Arrmand et al. կարծում էր, որ -COOH-ի կամ OH-ի օրգանական միացությունները կարող են համապատասխանաբար արձագանքել 1 Li-ի հետ և ցածր պոտենցիալով արտադրել 1 C00Li կամ 10Li: Էլեկտրոդում CMCLi կապակցման մեխանիզմը հետագա ուսումնասիրելու համար որպես ակտիվ նյութ օգտագործվել է CMC-Li-1, և ստացվել են նմանատիպ եզրակացություններ: Li-ն արձագանքում է մեկ cH, COOH և մեկ 0H CMC Li-ից և առաջացնում է cH: COOLi և մեկ 0 «համապատասխանաբար, ինչպես ցույց է տրված (1) և (2) հավասարումներում:

Քանի որ cH-ի, COOLi-ի և OLi-ի քանակը մեծանում է, CMC-Li-ի THE DS-ն ավելանում է: Սա ցույց է տալիս, որ օրգանական շերտը, որը բաղկացած է հիմնականում AQ մասնիկների մակերեսային կապիչից, դառնում է ավելի կայուն և ավելի հեշտ է փոխանցել Li-ն: CMCLi-ն հաղորդիչ պոլիմեր է, որն ապահովում է տրանսպորտային երթուղի, որպեսզի Li-ն հասնի AQ մասնիկների մակերեսին: CMCLi կապողներն ունեն լավ էլեկտրոնային և իոնային հաղորդունակություն, ինչը հանգեցնում է լավ էլեկտրաքիմիական աշխատանքի և CMCLi էլեկտրոդների երկար ցիկլի կյանքին: JS Bridel et al. պատրաստեց լիթիումի իոնային մարտկոցի անոդը՝ օգտագործելով սիլիցիում/ածխածին/պոլիմերային կոմպոզիտային նյութեր՝ տարբեր կապակցիչներով՝ ուսումնասիրելու սիլիցիումի և պոլիմերի փոխազդեցության ազդեցությունը մարտկոցի ընդհանուր աշխատանքի վրա, և պարզեց, որ CMC-ն ամենալավ գործունակությունն ուներ, երբ օգտագործվում էր որպես կապակցիչ: Սիլիցիումի և CMC-ի միջև կա ամուր ջրածնային կապ, որն ունի ինքնաբուժման կարողություն և կարող է հարմարեցնել նյութի աճող սթրեսը հեծանվային գործընթացի ընթացքում՝ նյութի կառուցվածքի կայունությունը պահպանելու համար: CMC-ով որպես կապակցիչ, սիլիցիումի անոդի հզորությունը կարող է պահպանվել 1000 mAh/g-ից բարձր առնվազն 100 ցիկլերի ընթացքում, իսկ կուլոնի արդյունավետությունը մոտ է 99,9%-ի:

3, եզրակացություն

Որպես կապող նյութ, CMC նյութը կարող է օգտագործվել տարբեր տեսակի էլեկտրոդների նյութերում, ինչպիսիք են բնական գրաֆիտը, միջաֆազ ածխածնային միկրոսֆերաները (MCMB), լիթիումի տիտանատը, անագի վրա հիմնված սիլիցիումի անոդ նյութը և լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ անոդ նյութը, որը կարող է բարելավել մարտկոցը: հզորությունը, ցիկլի կայունությունը և ցիկլի կյանքը՝ համեմատած pYDF-ի հետ: Այն օգտակար է CMC նյութերի ջերմային կայունության, էլեկտրական հաղորդունակության և էլեկտրաքիմիական հատկությունների համար: Լիթիումի իոնային մարտկոցների աշխատանքը բարելավելու համար CMC-ի երկու հիմնական մեխանիզմ կա.

(1) CMC-ի կայուն կապակցման կատարումը անհրաժեշտ նախադրյալ է ստեղծում մարտկոցի կայուն աշխատանք ստանալու համար.

(2) CMC-ն ունի լավ էլեկտրոնների և իոնների հաղորդունակություն և կարող է նպաստել Li-ի փոխանցմանը