CMC משתמש בתעשיית הסוללות

מהו נתרן קרבוקסימיל תאית?

Sodium Carboxymethyl cellulose, (נקרא גם: Carboxymethyl cellulose sodium salt, Carboxymethyl cellulose, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) הוא סוגי הסיבים הנפוצים ביותר בעולם, מינון מקסימלי.

Cmc-na היא נגזרת תאית עם דרגת פילמור של 100~2000 ומשקל מולקולרי של 242.16. אבקה סיבית או גרגירית לבנה. חסר ריח, חסר טעם, חסר טעם, היגרוסקופי, בלתי מסיס בממיסים אורגניים. מאמר זה בעיקר כדי להבין את היישום של תאית נתרן קרבוקסימתיל בפרטי סוללת ליתיום יון.

התקדמות ביישום של תאית נתרן קרבוקסימתיל CMCבסוללות ליתיום יון

כיום, פוליווינילידן פלואוריד [pVDF, (CH: A CF:)] נמצא בשימוש נרחב כחומר מקשר בייצור סוללות ליתיום יון. . PVDF הוא לא רק יקר, צריך גם להשתמש בתהליך של יישום של חומר נפץ, ידידותי לסביבה של ממיסים אורגניים, כגון N מתיל שבו דרישות אלקן קטון (NMp) ולחות אוויר לתהליך הייצור בהחלט, גם בקלות עם מוטבע. מתכת ליתיום, ליתיום גרפיט תגובה משנית, במיוחד במצב של טמפרטורה גבוהה, סיכון ספונטני לבריחה תרמית. נתרן קרבוקסימיל תאית (CMC), קלסר מסיס במים, משמש כתחליף ל-pVDF לחומרי אלקטרודה, שיכולים להימנע משימוש ב-NMp, להפחית עלויות ולהפחית את זיהום הסביבה. יחד עם זאת, תהליך הייצור אינו דורש לחות סביבתית, אך גם יכול לשפר את קיבולת הסוללה, להאריך את חיי המחזור. במאמר זה, נסקר תפקידה של CMC בביצועים של סוללת ליתיום יון, והמנגנון של CMC לשיפור ביצועי הסוללה סוכם מהיבטים של יציבות תרמית, מוליכות חשמלית ומאפיינים אלקטרוכימיים.

1. מבנה וביצועים של CMC

1) מבנה CMC

CMC מסווג בדרך כלל לפי דרגות שונות של החלפה (Ds), והמורפולוגיה והביצועים של המוצר מושפעים מאוד מה-Ds. LXie et al. למד את ה-CMC עם Ds של זוגות H שונים של Na. תוצאות ניתוח SEM הראו ש-CMC-Li-1 (Ds = 1.00) הציג מבנה גרגירי, ו-CMC-Li-2 (Ds = 0.62) הציג מבנה ליניארי. המחקר של M. E וחב' הוכיח כי CMC. גומי סטירן בוטאדיאן (SBR) יכול לעכב את צבירה של Li:O ולייצב את מבנה הממשק, דבר המועיל לביצועים האלקטרוכימיים.

2) ביצועי CMC

2.1)יציבות תרמית

Zj Han et al. חקר את היציבות התרמית של קלסרים שונים. הטמפרטורה הקריטית של pVDF היא בערך 4500C. כאשר מגיעים ל-500℃, מתרחש פירוק מהיר והמסה מופחתת בכ-70%. כשהטמפרטורה הגיעה ל-600℃, המסה הופחתה עוד יותר ב-70%. כשהטמפרטורה הגיעה ל-300oC, המסה של CMC-Li הופחתה ב-70%. כאשר הטמפרטורה הגיעה ל-400℃, המסה של CMC-Li הופחתה ב-10%. CMCLi מתפרק בקלות רבה יותר מאשר pVDF בסוף חיי הסוללה.

2.2)המוליכות החשמלית

S. Chou et al. תוצאות הבדיקה של הראו כי ההתנגדות של CMCLI-1, CMC-Li-2 ו-pVDF הייתה 0.3154 Mn·m ו-0.2634 Mn, בהתאמה. M ו-20.0365 Mn·m, מה שמצביע על כך שההתנגדות של pVDF גבוהה מזו של CMCLi, המוליכות של CMC-LI טובה יותר מזו של pVDF, והמוליכות של CMCLI.1 נמוכה מזו של CMCLI.2.

2.3)ביצועים אלקטרוכימיים

FM Courtel et al. חקר את עקומות הוולטמטריה המחזוריות של אלקטרודות מבוססות פולי-סולפונט (AQ) כאשר נעשה שימוש בקשרים שונים. לקשרים שונים יש תגובות חמצון והפחתה שונות, כך שפוטנציאל השיא שונה. ביניהם, פוטנציאל החמצון של CMCLi הוא 2.15V, ופוטנציאל ההפחתה הוא 2.55V. פוטנציאל החמצון ופוטנציאל ההפחתה של pVDF היו 2.605 וולט ו-1.950 וולט בהתאמה. בהשוואה לעקומות הוולטמטריה המחזוריות של הפעמים הקודמות, הפרש הפוטנציאל שיא של שיא החמצון-הפחתת החמצון כאשר נעשה שימוש בחומר מקשר CMCLi היה קטן יותר מזה כאשר נעשה שימוש ב-pVDF, מה שמצביע על כך שהתגובה הייתה פחות מופרעת ומקשר CMCLi תורם יותר ל התרחשות תגובת החמצון-הפחתה.

2. אפקט יישום ומנגנון של CMC

1) אפקט יישום

Pj Suo et al. חקר את הביצועים האלקטרוכימיים של חומרים מרוכבים Si/C כאשר pVDF ו-CMC שימשו כחומרים קלסרים, ומצא כי הסוללה המשתמשת ב-CMC הייתה בעלת קיבולת ספציפית הפיכה של 700mAh/g בפעם הראשונה ועדיין הייתה עם 597mAh/g לאחר מחזורי 4O, אשר היה עדיף על הסוללה באמצעות pVDF. Jh Lee et al. חקר את ההשפעה של Ds של CMC על היציבות של תרחיף גרפיט והאמין שאיכות הנוזל של ההשעיה נקבעה על ידי Ds. ב-DS נמוך, ל-CMC יש תכונות הידרופוביות חזקות, והוא יכול להגביר את התגובה עם משטח גרפיט כאשר מים משמשים כמדיה. ל-CMC יש גם יתרונות בשמירה על יציבות התכונות המחזוריות של חומרי האנודה מסגסוגת פח סיליקון. אלקטרודות ה-NiO הוכנו עם ריכוזים שונים (0.1mol/L, 0.3mol/L ו-0.5mol/L) CMC ו-pVDF מקשר, ונטענו ופרוקו ב-1.5-3.5V בזרם של 0.1c. במהלך המחזור הראשון, הקיבולת של תא מקשר pVDF הייתה גבוהה מזו של תא מקשר CMC. כאשר מספר המחזורים מגיע ל-10, יכולת הפריקה של קלסר pVDF פוחתת באופן ברור. לאחר מחזורי 4JD, יכולות הפריקה הספציפיות של קלסרים של 0.1movL, 0.3MOUL ו-0.5MovLPVDF ירדו ל-250mAh/g, 157mAtv 'g ו-102mAh/g, בהתאמה: קיבולות הפריקה הספציפיות של סוללות עם 0.1 mAh/g. ו-0.5 מ"ל/LCMC קלסר נשמרו ב-698mAh/g, 555mAh/g ו-550mAh/g, בהתאמה.

קלסר CMC משמש ב-LiTI0. : ו-SnO2 ננו-חלקיקים בייצור תעשייתי. באמצעות CMC כחומר מקשר, LiFepO4 ו-Li4TI50l2 כחומרים פעילים חיוביים ושליליים, בהתאמה, ושימוש ב-pYR14FS1 כאלקטרוליט מעכב בעירה, הסוללה עברה מחזור 150 פעמים בזרם של 0.1c ב-1.5v ~ 3.5V בטמפרטורה, והספציפי החיובי חיובי. הקיבול נשמר על 140mAh/g. בין מלחי מתכת שונים ב-CMC, CMCLi מציג יוני מתכת אחרים, שיכולים לעכב "תגובת חילוף (vii)" באלקטרוליט במהלך מחזור הדם.

2) מנגנון של שיפור ביצועים

קלסר CMC Li יכול לשפר את הביצועים האלקטרוכימיים של אלקטרודת בסיס AQ בסוללת ליתיום. M. E וחב'. -4 ערך מחקר ראשוני על המנגנון והציע מודל של התפלגות CMC-Li באלקטרודת AQ. הביצועים הטובים של CMCLi נובעים מהשפעת הקשר החזק של קשרי מימן המיוצרים על ידי OH, מה שתורם להיווצרות יעילה של מבני רשת. ה-CMC-Li ההידרופילי לא יתמוסס באלקטרוליט האורגני, ולכן יש לו יציבות טובה בסוללה, ויש לו הידבקות חזקה למבנה האלקטרודה, מה שהופך את המצבר ליציבות טובה. לקשר Cmc-li יש מוליכות Li טובה מכיוון שיש מספר רב של קבוצות פונקציונליות בשרשרת המולקולרית של CMC-Li. במהלך הפריקה, ישנם שני מקורות לחומרים יעילים הפועלים עם Li: (1) Li באלקטרוליט; (2) Li על השרשרת המולקולרית של CMC-Li ליד המרכז היעיל של החומר הפעיל.

התגובה של קבוצת הידרוקסיל וקבוצת הידרוקסיל בקשר קרבוקסימטיל CMC-Li תיצור קשר קוולנטי; תחת פעולת כוח השדה החשמלי, U יכול להעביר על השרשרת המולקולרית או השרשרת המולקולרית הסמוכה, כלומר, מבנה השרשרת המולקולרית לא ייפגע; בסופו של דבר, Lj ייקשר לחלקיק ה-AQ. זה מצביע על כך שהיישום של CMCLi לא רק משפר את יעילות ההעברה של Li, אלא גם משפר את קצב הניצול של AQ. ככל שתכולת cH: COOLi ו-10Li בשרשרת המולקולרית גבוהה יותר, כך העברת Li קלה יותר. M. Arrmand et al. האמין שתרכובות אורגניות של -COOH או OH יכולות להגיב עם 1 Li בהתאמה ולייצר 1 C00Li או 1 0Li בפוטנציאל נמוך. על מנת להמשיך ולחקור את המנגנון של קלסר CMCLi באלקטרודה, נעשה שימוש ב-CMC-Li-1 כחומר פעיל והתקבלו מסקנות דומות. Li מגיב עם chH אחד, COOH ו-0H אחד מ-CMC Li ויוצר cH: COOLi ו-0 "אחד בהתאמה, כפי שמוצג במשוואות (1) ו-(2)

ככל שמספר ה-ch, COOLi ו-OLi גדל, ה-DS של CMC-Li גדל. זה מראה שהשכבה האורגנית המורכבת בעיקר מקלסר משטח חלקיקי AQ הופכת יציבה יותר וקלה יותר להעברת Li. CMCLi הוא פולימר מוליך המספק נתיב הובלה עבור Li להגיע לפני השטח של חלקיקי AQ. לקושרים CMCLi יש מוליכות אלקטרונית ויונית טובה, מה שמביא לביצועים אלקטרוכימיים טובים וחיי מחזור ארוכים של אלקטרודות CMCLi. JS Bridel et al. הכין את האנודה של סוללת ליתיום יון באמצעות חומרים מרוכבים סיליקון/פחמן/פולימר עם קלסרים שונים כדי לחקור את השפעת האינטראקציה בין סיליקון לפולימר על הביצועים הכוללים של הסוללה, ומצא כי ל-CMC היו הביצועים הטובים ביותר כשהם משמשים כמקשר. קיים קשר מימן חזק בין סיליקון ל-CMC, בעל יכולת ריפוי עצמית ויכול להתאים את הלחץ הגובר של החומר במהלך תהליך הרכיבה כדי לשמור על יציבות מבנה החומר. עם CMC כחומר מקשר, קיבולת אנודת הסיליקון יכולה להישמר מעל 1000mAh/g ב-100 מחזורים לפחות, ויעילות הקולומב קרובה ל-99.9%.

3, מסקנה

כחומר מקשר, ניתן להשתמש בחומר CMC בסוגים שונים של חומרי אלקטרודה כגון גרפיט טבעי, מיקרוספירות פחמן מזו-פאזות (MCMB), ליתיום טיטנאט, חומר אנודה מבוסס סיליקון על בסיס פח וחומר אנודה ליתיום ברזל פוספט, שיכולים לשפר את הסוללה. קיבולת, יציבות מחזור וחיי מחזור בהשוואה ל-pYDF. זה מועיל ליציבות התרמית, מוליכות חשמלית ותכונות אלקטרוכימיות של חומרי CMC. ישנם שני מנגנונים עיקריים עבור CMC לשיפור הביצועים של סוללות ליתיום יון:

(1) ביצועי החיבור היציבים של CMC יוצרים תנאי מוקדם הכרחי להשגת ביצועי סוללה יציבים;

(2) ל-CMC מוליכות אלקטרונים ויונים טובה ויכולה לקדם העברת Li