Essendo il principale legante dei materiali degli elettrodi negativi a base d'acqua, i prodotti CMC sono ampiamente utilizzati dai produttori di batterie nazionali ed esteri. La quantità ottimale di legante può ottenere una capacità della batteria relativamente grande, una lunga durata del ciclo e una resistenza interna relativamente bassa.
Il legante è uno dei materiali funzionali ausiliari più importanti nelle batterie agli ioni di litio. È la principale fonte delle proprietà meccaniche dell'intero elettrodo e ha un impatto importante sul processo di produzione dell'elettrodo e sulle prestazioni elettrochimiche della batteria. Il legante stesso non ha capacità e occupa una percentuale molto piccola nella batteria.
Oltre alle proprietà adesive dei leganti generali, i materiali leganti per gli elettrodi delle batterie agli ioni di litio devono essere in grado di resistere al rigonfiamento e alla corrosione dell'elettrolita, nonché alla corrosione elettrochimica durante la carica e la scarica. Rimane stabile nell'intervallo di tensione di lavoro, quindi non ci sono molti materiali polimerici che possono essere utilizzati come leganti per elettrodi per batterie agli ioni di litio.
Esistono tre tipi principali di leganti per batterie agli ioni di litio ampiamente utilizzati attualmente: fluoruro di polivinilidene (PVDF), emulsione di gomma stirene-butadiene (SBR) e carbossimetilcellulosa (CMC). Inoltre, un certo mercato è occupato anche dall'acido poliacrilico (PAA), dai leganti a base acqua con poliacrilonitrile (PAN) e poliacrilato come componenti principali.
Quattro caratteristiche del CMC a livello di batteria
A causa della scarsa solubilità in acqua della struttura acida della carbossimetilcellulosa, per poterla applicare meglio, la CMC è un materiale molto utilizzato nella produzione di batterie.
Essendo il principale legante dei materiali degli elettrodi negativi a base d'acqua, i prodotti CMC sono ampiamente utilizzati dai produttori di batterie nazionali ed esteri. La quantità ottimale di legante può ottenere una capacità della batteria relativamente grande, una lunga durata del ciclo e una resistenza interna relativamente bassa.
Le quattro caratteristiche della CMC sono:
Innanzitutto, la CMC può rendere il prodotto idrofilo e solubile, completamente solubile in acqua, senza fibre libere e impurità.
In secondo luogo, il grado di sostituzione è uniforme e la viscosità è stabile, il che può fornire viscosità e adesione stabili.
In terzo luogo, produrre prodotti di elevata purezza con un basso contenuto di ioni metallici.
In quarto luogo, il prodotto ha una buona compatibilità con il lattice SBR e altri materiali.
La carbossimetilcellulosa di sodio CMC utilizzata nella batteria ha migliorato qualitativamente il suo effetto di utilizzo e allo stesso tempo fornisce buone prestazioni di utilizzo, con l'effetto di utilizzo corrente.
Il ruolo della CMC nelle batterie
La CMC è un derivato carbossimetilato della cellulosa, che viene solitamente preparato facendo reagire la cellulosa naturale con alcali caustici e acido monocloroacetico, e il suo peso molecolare varia da migliaia a milioni.
La CMC è una polvere da bianca a giallo chiaro, una sostanza granulare o fibrosa, che ha una forte igroscopicità ed è facilmente solubile in acqua. Quando è neutra o alcalina, la soluzione è un liquido ad alta viscosità. Se viene riscaldato a lungo a una temperatura superiore a 80 ℃, la viscosità diminuirà e sarà insolubile in acqua. Diventa marrone quando riscaldato a 190-205°C e carbonizza quando riscaldato a 235-248°C.
Poiché la CMC ha le funzioni di addensamento, legame, ritenzione idrica, emulsione e sospensione in soluzione acquosa, è ampiamente utilizzata nei settori della ceramica, alimentare, cosmetica, stampa e tintura, fabbricazione della carta, tessile, rivestimenti, adesivi e medicina, alta- fine ceramica e batterie al litio Il settore rappresenta circa il 7%, comunemente noto come “glutammato monosodico industriale”.
Nello specificoCMCnella batteria, le funzioni di CMC sono: dispersione del materiale attivo dell'elettrodo negativo e dell'agente conduttivo; effetto addensante e antisedimentazione sulla sospensione dell'elettrodo negativo; assistere nel legame; stabilizzare le prestazioni di elaborazione dell'elettrodo e contribuire a migliorare le prestazioni del ciclo della batteria; migliorare la resistenza alla pelatura dell'espansione polare, ecc.
Prestazioni e selezione della CMC
L'aggiunta di CMC durante la produzione dell'impasto liquido per elettrodi può aumentare la viscosità dell'impasto liquido e impedire che quest'ultimo si depositi. La CMC decompone gli ioni e gli anioni di sodio in soluzione acquosa e la viscosità della colla CMC diminuisce con l'aumento della temperatura, che assorbe facilmente l'umidità e ha scarsa elasticità.
La CMC può svolgere un ottimo ruolo nella dispersione della grafite dell'elettrodo negativo. All'aumentare della quantità di CMC, i suoi prodotti di decomposizione aderiranno alla superficie delle particelle di grafite e le particelle di grafite si respingeranno a vicenda a causa della forza elettrostatica, ottenendo un buon effetto di dispersione.
L’ovvio svantaggio della CMC è che è relativamente fragile. Se si utilizza tutto il CMC come legante, l'elettrodo negativo di grafite collasserà durante il processo di pressatura e taglio dell'espansione polare, causando una grave perdita di polvere. Allo stesso tempo, la CMC è fortemente influenzata dal rapporto tra i materiali degli elettrodi e il valore del pH e il foglio dell'elettrodo potrebbe rompersi durante la carica e la scarica, il che influisce direttamente sulla sicurezza della batteria.
Inizialmente, il legante utilizzato per l'agitazione degli elettrodi negativi era il PVDF e altri leganti a base di olio, ma considerando la protezione ambientale e altri fattori, è diventato normale utilizzare leganti a base d'acqua per gli elettrodi negativi.
Il legante perfetto non esiste, prova a scegliere un legante che soddisfi i requisiti di lavorazione fisica ed elettrochimici. Con lo sviluppo della tecnologia delle batterie al litio, nonché le questioni relative ai costi e alla protezione ambientale, i leganti a base acquosa finiranno per sostituire i leganti a base di olio.
CMC due principali processi produttivi
A seconda dei diversi mezzi di eterificazione, la produzione industriale di CMC può essere suddivisa in due categorie: metodo a base di acqua e metodo a base di solvente. Il metodo che utilizza l'acqua come mezzo di reazione è chiamato metodo del mezzo acqua, che viene utilizzato per produrre CMC medio alcalino e di bassa qualità. Il metodo che utilizza solvente organico come mezzo di reazione è chiamato metodo del solvente, adatto per la produzione di CMC di media e alta qualità. Queste due reazioni vengono eseguite in una impastatrice, che appartiene al processo di impastatura ed è attualmente il metodo principale per produrre CMC.
Metodo con acqua media: un precedente processo di produzione industriale, il metodo consiste nel far reagire la cellulosa alcalina e l'agente eterificazione nelle condizioni di alcali liberi e acqua, che viene utilizzato per preparare prodotti CMC di media e bassa qualità, come detergenti e agenti di collatura tessili. . Il vantaggio del metodo con mezzo acqua è che i requisiti dell'attrezzatura sono relativamente semplici e il costo è basso; lo svantaggio è che, a causa della mancanza di una grande quantità di mezzo liquido, il calore generato dalla reazione aumenta la temperatura e accelera la velocità delle reazioni collaterali, con conseguente bassa efficienza di eterificazione e scarsa qualità del prodotto.
Metodo solvente; noto anche come metodo con solvente organico, è suddiviso in metodo di impasto e metodo con impasto liquido in base alla quantità di diluente di reazione. La sua caratteristica principale è che le reazioni di alcalinizzazione ed eterificazione vengono effettuate in condizioni di un solvente organico come mezzo di reazione (diluente). Come il processo di reazione del metodo con acqua, anche il metodo con solvente consiste di due fasi di alcalinizzazione ed eterificazione, ma il mezzo di reazione di queste due fasi è diverso. Il vantaggio del metodo con solvente è che omette i processi di ammollo alcalino, pressatura, frantumazione e invecchiamento inerenti al metodo con acqua, e l'alcalinizzazione e l'eterificazione vengono tutte eseguite nell'impastatrice; lo svantaggio è che la controllabilità della temperatura è relativamente scarsa e i requisiti di spazio sono relativamente scarsi. ,costo più elevato.
Orario di pubblicazione: 05-gennaio-2023