יישום של קלסר CMC בסוללות

כמקשר העיקרי של חומרי אלקטרודה שליליים על בסיס מים, מוצרי CMC נמצאים בשימוש נרחב על ידי יצרני סוללות מקומיים וזרים. הכמות האופטימלית של קלסר יכולה להשיג קיבולת סוללה גדולה יחסית, חיי מחזור ארוכים והתנגדות פנימית נמוכה יחסית.

קלסר הוא אחד מחומרי העזר הפונקציונליים החשובים בסוללות ליתיום-יון. זהו המקור העיקרי לתכונות המכניות של האלקטרודה כולה ויש לו השפעה חשובה על תהליך הייצור של האלקטרודה והביצועים האלקטרוכימיים של הסוללה. לקלסר עצמו אין קיבולת והוא תופס חלק קטן מאוד בסוללה.

בנוסף לתכונות ההדבקה של קלסרים כלליים, חומרי קלסר אלקטרודות ליתיום-יון צריכים גם להיות מסוגלים לעמוד בהתנפחות ובקורוזיה של האלקטרוליט, כמו גם לעמוד בפני קורוזיה האלקטרוכימית במהלך טעינה ופריקה. הוא נשאר יציב בטווח מתח העבודה, כך שאין הרבה חומרים פולימריים שיכולים לשמש כקוסרי אלקטרודות לסוללות ליתיום-יון.

ישנם שלושה סוגים עיקריים של קלסרים לסוללות ליתיום-יון הנמצאים בשימוש נרחב כיום: פוליווינילידן פלואוריד (PVDF), תחליב סטירן-בוטאדיאן (SBR) ותאית קרבוקסימטיל (CMC). בנוסף, חומצה פוליאקרילית (PAA), קלסרים על בסיס מים עם פוליאקרילוניטריל (PAN) ופוליאקרילט כמרכיבים עיקריים תופסים גם הם שוק מסוים.

ארבעה מאפיינים של CMC ברמת הסוללה

בשל מסיסות המים הירודה של מבנה החומצה של תאית קרבוקסימטיל, על מנת ליישם אותו טוב יותר, CMC הוא חומר בשימוש נרחב בייצור סוללות.

כמקשר העיקרי של חומרי אלקטרודה שליליים על בסיס מים, מוצרי CMC נמצאים בשימוש נרחב על ידי יצרני סוללות מקומיים וזרים. הכמות האופטימלית של קלסר יכולה להשיג קיבולת סוללה גדולה יחסית, חיי מחזור ארוכים והתנגדות פנימית נמוכה יחסית.

ארבעת המאפיינים של CMC הם:

ראשית, CMC יכול להפוך את המוצר להידרופילי ומסיס, מסיס לחלוטין במים, ללא סיבים וזיהומים חופשיים.

שנית, מידת ההחלפה אחידה והצמיגות יציבה, מה שיכול לספק צמיגות והדבקה יציבים.

שלישית, לייצר מוצרים בטוהר גבוה עם תכולת יוני מתכת נמוכה.

רביעית, למוצר יש תאימות טובה עם לטקס SBR וחומרים אחרים.

תאית CMC Sodium Carboxymethyl המשמשת בסוללה שיפרה באופן איכותי את השפעת השימוש שלה, ובמקביל מספקת לה ביצועי שימוש טובים, עם אפקט השימוש הנוכחי.

תפקידה של CMC בסוללות

CMC היא נגזרת carboxymethylated של תאית, אשר מוכנה בדרך כלל על ידי תגובה של תאית טבעית עם אלקלית קאוסטית וחומצה מונוכלורואצטית, ומשקלה המולקולרי נע בין אלפים למיליונים.

CMC היא אבקה לבנה עד צהובה בהירה, חומר גרגירי או סיבי, בעלת היגרוסקופיות חזקה ומסיסה בקלות במים. כאשר הוא ניטרלי או בסיסי, התמיסה היא נוזל בעל צמיגות גבוהה. אם הוא מחומם מעל 80℃ במשך זמן רב, הצמיגות תקטן והוא יהיה בלתי מסיס במים. הוא הופך לחום בחימום ל-190-205 מעלות צלזיוס, ומתפחם בחימום ל-235-248 מעלות צלזיוס.

מכיוון של-CMC יש פונקציות של עיבוי, הדבקה, שימור מים, תחליב ותרחיף בתמיסה מימית, הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומי הקרמיקה, מזון, קוסמטיקה, הדפסה וצביעה, ייצור נייר, טקסטיל, ציפויים, דבקים ורפואה, קרמיקה קצה וסוללות ליתיום התחום מהווה כ-7%, הידוע בכינויו "מונוסודיום גלוטמט תעשייתי".

ספציפיתCMCבסוללה, הפונקציות של CMC הן: פיזור החומר הפעיל של האלקטרודה השלילי והחומר המוליך; השפעת עיבוי ואנטי-שיקוע על תרחית האלקטרודה השלילית; סיוע בקשר; ייצוב ביצועי העיבוד של האלקטרודה וסיוע בשיפור ביצועי מחזור הסוללה; לשפר את חוזק הקילוף של חתיכת המוט וכו'.

ביצועים ובחירה של CMC

הוספת CMC בעת יצירת תרחיץ האלקטרודה יכולה להגביר את הצמיגות של התרחיץ ולמנוע את שקיעת התרחיץ. CMC יפרק יוני נתרן ואניונים בתמיסה מימית, והצמיגות של דבק CMC תרד עם עליית הטמפרטורה, שקל לספוג לחות ובעל גמישות ירודה.

CMC יכול לשחק תפקיד טוב מאוד בפיזור של גרפיט אלקטרודה שלילית. ככל שכמות ה-CMC תגדל, תוצרי הפירוק שלו יידבקו לפני השטח של חלקיקי גרפיט, וחלקיקי הגרפיט ידחו זה את זה בגלל כוח אלקטרוסטטי, וישיגו אפקט פיזור טוב.

החיסרון הברור של CMC הוא שהיא שבירה יחסית. אם כל ה-CMC משמש כחומר מקשר, האלקטרודה השלילית של הגרפיט תקרוס במהלך תהליך הלחיצה והחיתוך של חלק המוט, מה שיגרום לאובדן אבקה רציני. יחד עם זאת, CMC מושפע מאוד מהיחס בין חומרי האלקטרודה וערך ה-pH, ויריעת האלקטרודה עלולה להיסדק במהלך הטעינה והפריקה, מה שמשפיע ישירות על בטיחות הסוללה.

בתחילה, הקלסר ששימש לערבול אלקטרודות שליליות היה PVDF וחומרים אחרים על בסיס שמן, אך בהתחשב בהגנה על הסביבה ובגורמים אחרים, זה הפך למיינסטרים להשתמש בחומרים על בסיס מים עבור אלקטרודות שליליות.

הקלסר המושלם לא קיים, נסו לבחור קלסר העונה על הדרישות העיבוד הפיזי והאלקטרוכימי. עם הפיתוח של טכנולוגיית סוללות ליתיום, כמו גם בעיות עלות ושמירה על איכות הסביבה, קלסרים מבוססי מים יחליפו בסופו של דבר קלסרים מבוססי שמן.

CMC שני תהליכי ייצור עיקריים

על פי מדיות etherification שונות, ניתן לחלק את הייצור התעשייתי של CMC לשתי קטגוריות: שיטה על בסיס מים ושיטה על בסיס ממס. השיטה המשתמשת במים כמדיום התגובה נקראת שיטת מים מדיום, המשמשת לייצור CMC בינונית בסיסית ובדרגה נמוכה. שיטת השימוש בממס אורגני כמדיום התגובה נקראת שיטת הממס, המתאימה לייצור CMC בדרגה בינונית וגבוהה. שתי תגובות אלו מתבצעות במכשיר לישה, השייך לתהליך הלישה ומהווה כיום השיטה העיקרית לייצור CMC.

שיטת מדיום מים: תהליך ייצור תעשייתי מוקדם יותר, השיטה היא להגיב לתאית אלקלית וחומר האתריפיקציה בתנאים של אלקלי ומים חופשיים, המשמשים להכנת מוצרי CMC בדרגה בינונית ונמוכה, כגון חומרי ניקוי וחומרי עיבוד טקסטיל. . היתרון של שיטת מדיום המים הוא שדרישות הציוד פשוטות יחסית והעלות נמוכה; החיסרון הוא שבגלל היעדר כמות גדולה של מדיום נוזלי, החום שנוצר מהתגובה מגביר את הטמפרטורה ומאיץ את מהירות תגובות הלוואי, וכתוצאה מכך יעילות האתרה נמוכה ואיכות מוצר ירודה.

שיטת ממס; ידועה גם כשיטת ממס אורגני, היא מחולקת לשיטת לישה ושיטת תרחיץ לפי כמות המדלל התגובה. התכונה העיקרית שלו היא שתגובות האלקליזציה והאתרה מתבצעות בתנאי של ממס אורגני כמדיום התגובה (מדלל) של. בדומה לתהליך התגובה של שיטת המים, גם שיטת הממס מורכבת משני שלבים של אלקליזציה והאתריפיקציה, אך מדיום התגובה של שני שלבים אלו שונה. היתרון של שיטת הממס הוא בכך שהיא משמיטה את תהליכי השריית האלקליות, הכבישה, הריסוק והיישון הטבועים בשיטת המים, והאלקליזציה והאתרה מתבצעים כולם במלישה; החיסרון הוא שהשליטה בטמפרטורה גרועה יחסית, ודרישות השטח גרועות יחסית. ,עלות גבוהה יותר.