CMC utilizza nell'industria delle batterie

Cos'è la sodio carbossimetilcellulosa?

La carbossimetilcellulosa di sodio, (chiamata anche: carbossimetilcellulosa sale sodico, carbossimetilcellulosa, CMC, carbossimetilcellulosa, sodio, sodiosaltofCaboxyMethylCellulose) è il tipo di fibra più utilizzato al mondo, dosaggio massimo.

Cmc-na è un derivato della cellulosa con un grado di polimerizzazione di 100~2000 e un peso molecolare di 242,16. Polvere bianca fibrosa o granulare. Inodore, insapore, insapore, igroscopico, insolubile nei solventi organici. Questo documento serve principalmente a comprendere l'applicazione della carbossimetilcellulosa di sodio nei dettagli delle batterie agli ioni di litio.

Progressi nell'applicazione della carbossimetilcellulosa di sodio CMCnelle batterie agli ioni di litio

Attualmente, il fluoruro di polivinilidene [pVDF, (CH: A CF:)] è ampiamente utilizzato come legante nella produzione di batterie agli ioni di litio. . Il PVDF non è solo costoso, ma deve anche essere utilizzato nel processo di applicazione di solventi organici esplosivi e rispettosi dell'ambiente, come l'N metile, l'alcano chetone (NMp) e i requisiti di umidità dell'aria per il processo di produzione rigorosamente, anche facilmente con incorporato reazione secondaria al litio metallico, grafite di litio, soprattutto in condizioni di alta temperatura, un rischio spontaneo di fuga termica. La sodio carbossimetilcellulosa (CMC), un legante solubile in acqua, viene utilizzata come sostituto del pVDF per i materiali degli elettrodi, il che può evitare l'uso di NMp, ridurre i costi e ridurre l'inquinamento ambientale. Allo stesso tempo, il processo di produzione non richiede umidità ambientale, ma può anche migliorare la capacità della batteria e prolungarne la durata. In questo articolo è stato esaminato il ruolo della CMC nelle prestazioni della batteria agli ioni di litio e il meccanismo con cui la CMC migliora le prestazioni della batteria è stato riassunto dagli aspetti di stabilità termica, conduttività elettrica e caratteristiche elettrochimiche.

1. Struttura e prestazioni della CMC

1) Struttura della CMC

La CMC è generalmente classificata in base a diversi gradi di sostituzione (Ds) e la morfologia e le prestazioni del prodotto sono fortemente influenzate da Ds. LXie et al. ha studiato LA CMC con D di diverse coppie H di Na. I risultati dell'analisi SEM hanno mostrato che CMC-Li-1 (Ds = 1,00) presentava una struttura granulare e CMC-Li-2 (Ds = 0,62) presentava una struttura lineare. La ricerca di M. E et al ha dimostrato che CMC. La gomma stirene butadiene (SBR) può inibire l'agglomerazione di Li: O e stabilizzare la struttura dell'interfaccia, il che è vantaggioso per le prestazioni elettrochimiche.

2) Prestazioni della CMC

2.1)Stabilità termica

Zj Han et al. studiato la stabilità termica di diversi leganti. La temperatura critica del pVDF è di circa 4500°C. Quando si raggiungono i 500 ℃, avviene una rapida decomposizione e la massa si riduce di circa il 70%. Quando la temperatura ha raggiunto i 600°C, la massa è stata ulteriormente ridotta del 70%. Quando la temperatura ha raggiunto i 300°C, la massa di CMC-Li si è ridotta del 70%. Quando la temperatura ha raggiunto i 400 ℃, la massa di CMC-Li è stata ridotta del 10%. Il CMCLi si decompone più facilmente del pVDF alla fine della durata della batteria.

2.2)La conduttività elettrica

S.Chou et al. I risultati dei test hanno mostrato che la resistività di CMCLI-1, CMC-Li-2 e pVDF era rispettivamente di 0,3154 Mn·m e 0,2634 Mn. M e 20,0365 Mn·m, indicando che la resistività del pVDF è superiore a quella del CMCLi, la conduttività di CMC-LI è migliore di quella del pVDF e la conduttività di CMCLI.1 è inferiore a quella di CMCLI.2.

2.3)Prestazioni elettrochimiche

FM Courtel et al. ha studiato le curve di voltammetria ciclica degli elettrodi a base di polisolfonato (AQ) quando venivano utilizzati leganti diversi. Leganti diversi hanno reazioni di ossidazione e riduzione diverse, quindi il potenziale di picco è diverso. Tra questi, il potenziale di ossidazione di CMCLi è 2,15 V e il potenziale di riduzione è 2,55 V. Il potenziale di ossidazione e il potenziale di riduzione del pVDF erano rispettivamente di 2,605 V e 1,950 V. Rispetto alle curve di voltammetria ciclica dei due tempi precedenti, la differenza di potenziale di picco del picco di ossido-riduzione quando è stato utilizzato il legante CMCLi era inferiore a quella quando è stato utilizzato pVDF, indicando che la reazione era meno ostacolata e il legante CMCLi era più favorevole alla il verificarsi della reazione di ossido-riduzione.

2. Effetti applicativi e meccanismo della CMC

1) Effetto applicativo

Pj Suo et al. ha studiato le prestazioni elettrochimiche dei materiali compositi Si/C quando pVDF e CMC venivano utilizzati come leganti e ha scoperto che la batteria che utilizzava CMC aveva una capacità specifica reversibile di 700 mAh/g per la prima volta e aveva ancora 597 mAh/g dopo 4O cicli, che era superiore alla batteria che utilizzava pVDF. Jh Lee et al. ha studiato l'influenza di Ds di CMC sulla stabilità della sospensione di grafite e ha ritenuto che la qualità del liquido della sospensione fosse determinata da Ds. A DS basso, la CMC ha forti proprietà idrofobiche e può aumentare la reazione con la superficie della grafite quando viene utilizzata l'acqua come mezzo. La CMC presenta anche vantaggi nel mantenere la stabilità delle proprietà cicliche dei materiali anodici in lega di silicio-stagno. Gli elettrodi NiO sono stati preparati con CMC e legante pVDF a diverse concentrazioni (0,1 mouL, 0,3 mol/L e 0,5 mol/L) e caricati e scaricati a 1,5-3,5 V con una corrente di 0,1 c. Durante il primo ciclo, la capacità della cella legante pVDF era superiore a quella della cella legante CMC. Quando il numero di cicli raggiunge lO, la capacità di scarico del legante pVDF diminuisce ovviamente. Dopo cicli di 4JD, le capacità di scarica specifiche dei leganti 0.1movL, 0.3MOUL e 0.5MovLPVDF sono diminuite rispettivamente a 250mAh/g, 157mAtv 'g e 102mAh/g: Le capacità specifiche di scarica delle batterie con 0,1 moL/L, 0,3 moL/L e 0,5 moL/legante LCMC sono stati mantenuti rispettivamente a 698 mAh/g, 555 mAh/g e 550 mAh/g.

Il legante CMC viene utilizzato su LiTI0. : e nanoparticelle SnO2 nella produzione industriale. Utilizzando CMC come legante, LiFepO4 e Li4TI50l2 come materiali attivi positivi e negativi, rispettivamente, e utilizzando pYR14FS1 come elettrolita ritardante di fiamma, la batteria è stata sottoposta a cicli di 150 volte con una corrente di 0,1 c a 1,5 V ~ 3,5 V a temperatura e lo specifico positivo la capacità è stata mantenuta a 140mAh/g. Tra i vari sali metallici nella CMC, CMCLi introduce altri ioni metallici, che possono inibire la "reazione di scambio (vii)" nell'elettrolita durante la circolazione.

2) Meccanismo di miglioramento delle prestazioni

Il legante CMC Li può migliorare le prestazioni elettrochimiche dell'elettrodo base AQ nella batteria al litio. M.E et al. -4 hanno condotto uno studio preliminare sul meccanismo e hanno proposto un modello della distribuzione di CMC-Li nell'elettrodo AQ. La buona prestazione di CMCLi deriva dal forte effetto legante dei legami idrogeno prodotti da un OH, che contribuisce alla formazione efficiente di strutture a rete. Il CMC-Li idrofilo non si dissolve nell'elettrolita organico, quindi ha una buona stabilità nella batteria e ha una forte adesione alla struttura dell'elettrodo, il che conferisce alla batteria una buona stabilità. Il legante Cmc-li ha una buona conduttività del litio perché è presente un gran numero di gruppi funzionali sulla catena molecolare di CMC-Li. Durante la scarica, ci sono due fonti di sostanze efficaci che agiscono con il Li: (1) Li nell'elettrolita; (2) Li sulla catena molecolare della CMC-Li vicino al centro effettivo della sostanza attiva.

La reazione del gruppo ossidrile e del gruppo ossidrile nel legante carbossimetilico CMC-Li formerà un legame covalente; Sotto l'azione del campo elettrico, U può trasferirsi sulla catena molecolare o sulla catena molecolare adiacente, cioè la struttura della catena molecolare non verrà danneggiata; Alla fine, Lj si legherà alla particella AQ. Ciò indica che l’applicazione di CMCLi non solo migliora l’efficienza di trasferimento del Li, ma migliora anche il tasso di utilizzo di AQ. Maggiore è il contenuto di cH:COOLi e 10Li nella catena molecolare, più facile sarà il trasferimento del Li. M. Arrmand et al. credevano che i composti organici di -COOH o OH potessero reagire rispettivamente con 1 Li e produrre 1 C00Li o 1 0Li a basso potenziale. Per esplorare ulteriormente il meccanismo del legante CMCLi nell'elettrodo, è stato utilizzato CMC-Li-1 come materiale attivo e si sono ottenute conclusioni simili. Li reagisce con un cH, COOH e uno 0H da CMC Li e genera cH: COOLi e uno 0 “rispettivamente, come mostrato nelle equazioni (1) e (2)

All'aumentare del numero di cH, COOLi e OLi, aumenta il DS di CMC-Li. Ciò dimostra che lo strato organico composto principalmente dal legante superficiale delle particelle AQ diventa più stabile e più facile da trasferire il Li. CMCLi è un polimero conduttivo che fornisce una via di trasporto al Li per raggiungere la superficie delle particelle AQ. I leganti CMCLi hanno una buona conduttività elettronica e ionica, che si traduce in buone prestazioni elettrochimiche e una lunga durata degli elettrodi CMCLi. JS Bridel et al. ha preparato l'anodo della batteria agli ioni di litio utilizzando materiali compositi silicio/carbonio/polimero con diversi leganti per studiare l'influenza dell'interazione tra silicio e polimero sulle prestazioni complessive della batteria e ha scoperto che CMC aveva le migliori prestazioni quando utilizzato come legante. Esiste un forte legame idrogeno tra il silicio e la CMC, che ha capacità di autoriparazione e può regolare lo stress crescente del materiale durante il processo ciclico per mantenere la stabilità della struttura del materiale. Con CMC come legante, la capacità dell'anodo di silicio può essere mantenuta al di sopra di 1000 mAh/g in almeno 100 cicli e l'efficienza di Coulomb è vicina al 99,9%.

3, conclusione

Come legante, il materiale CMC può essere utilizzato in diversi tipi di materiali per elettrodi come grafite naturale, microsfere di carbonio meso-fase (MCMB), titanato di litio, materiale anodico a base di silicio a base di stagno e materiale anodico di fosfato di litio ferro, che può migliorare la batteria capacità, stabilità del ciclo e durata del ciclo rispetto a pYDF. È vantaggioso per la stabilità termica, la conduttività elettrica e le proprietà elettrochimiche dei materiali CMC. Esistono due meccanismi principali che consentono alla CMC di migliorare le prestazioni delle batterie agli ioni di litio:

(1) Le prestazioni di collegamento stabili del CMC creano un prerequisito necessario per ottenere prestazioni stabili della batteria;

(2) La CMC ha una buona conduttività di elettroni e ioni e può promuovere il trasferimento di Li