CMC იყენებს ბატარეების ინდუსტრიაში

რა არის ნატრიუმის კარბოქსიმეთილცელულოზა?

ნატრიუმის კარბოქსიმეთილცელულოზა, (ასევე მოუწოდა: კარბოქსიმეთილცელულოზა ნატრიუმის მარილი, კარბოქსიმეთილცელულოზა, CMC, კარბოქსიმეთილი, ცელულოზანატრიუმი, ნატრიუმის მარილი კაბოქსიმეთილცელულოზა) არის ბოჭკოს ყველაზე ფართოდ გამოყენებული სახეობები მსოფლიოში, მაქსიმალური დოზა.

Cmc-na არის ცელულოზის წარმოებული პოლიმერიზაციის ხარისხით 100~2000 და მოლეკულური მასით 242,16. თეთრი ბოჭკოვანი ან მარცვლოვანი ფხვნილი. უსუნო, უგემოვნო, უგემოვნო, ჰიგიროსკოპიული, ორგანულ გამხსნელებში უხსნადი. ეს ნაშრომი ძირითადად ნატრიუმის კარბოქსიმეთილ ცელულოზის გამოყენების გასაგებად ლითიუმის იონური ბატარეის დეტალებშია.

პროგრესი ნატრიუმის კარბოქსიმეთილ ცელულოზის გამოყენებაში CMCლითიუმის იონურ ბატარეებში

ამჟამად, პოლივინილიდენ ფტორიდი [pVDF, (CH: A CF:)] ფართოდ გამოიყენება როგორც შემკვრელის ლითიუმის იონური ბატარეების წარმოებაში. . PVDF არ არის მხოლოდ ძვირი, ასევე უნდა იქნას გამოყენებული ფეთქებადი ნივთიერებების გამოყენების პროცესში, გარემოსადმი მეგობრული ორგანული გამხსნელების, როგორიცაა N მეთილი, რომელიც ალკანის კეტონს (NMp) და ჰაერის ტენიანობას მოითხოვს წარმოების პროცესისთვის მკაცრად, ასევე ადვილად ჩაშენებული. ლითონის ლითიუმი, ლითიუმ გრაფიტის მეორადი რეაქცია, განსაკუთრებით მაღალი ტემპერატურის პირობებში, თერმული გაქცევის სპონტანური რისკი. ნატრიუმის კარბოქსიმეთილცელულოზა (CMC), წყალში ხსნადი შემკვრელი, გამოიყენება როგორც pVDF-ის შემცვლელი ელექტროდის მასალებისთვის, რომელსაც შეუძლია თავიდან აიცილოს NMp-ის გამოყენება, შეამციროს ხარჯები და შეამციროს გარემოს დაბინძურება. ამავდროულად, წარმოების პროცესი არ საჭიროებს გარემოს ტენიანობას, მაგრამ ასევე შეუძლია გააუმჯობესოს ბატარეის სიმძლავრე, გაახანგრძლივოს ციკლის სიცოცხლე. ამ ნაშრომში განხილული იყო CMC-ის როლი ლითიუმ-იონური ბატარეის მუშაობაში და CMC-ის მექანიზმი, რომელიც აუმჯობესებს ბატარეის მუშაობას, შეჯამდა თერმული სტაბილურობის, ელექტრული გამტარობის და ელექტროქიმიური მახასიათებლების ასპექტებიდან.

1. CMC-ის სტრუქტურა და შესრულება

1) CMC სტრუქტურა

CMC ზოგადად კლასიფიცირდება ჩანაცვლების სხვადასხვა ხარისხით (Ds) და პროდუქტის მორფოლოგიასა და შესრულებაზე დიდ გავლენას ახდენს Ds. LXie და სხვ. შეისწავლა THE CMC სხვადასხვა H წყვილის D-ებით Na. SEM ანალიზის შედეგებმა აჩვენა, რომ CMC-Li-1 (Ds = 1.00) წარმოადგენდა მარცვლოვან სტრუქტურას, ხოლო CMC-Li-2 (Ds = 0.62) წარმოადგენდა ხაზოვან სტრუქტურას. M. E et al-ის კვლევამ დაამტკიცა, რომ CMC. სტიროლის ბუტადიენის რეზინას (SBR) შეუძლია შეაფერხოს Li: O-ს აგლომერაცია და მოახდინოს ინტერფეისის სტრუქტურის სტაბილიზაცია, რაც სასარგებლოა ელექტროქიმიური მუშაობისთვის.

2) CMC შესრულება

2.1)თერმული სტაბილურობა

ზჯ ჰანი და სხვ. შეისწავლა სხვადასხვა ბაინდერის თერმული სტაბილურობა. pVDF-ის კრიტიკული ტემპერატურაა დაახლოებით 4500C. 500℃-ის მიღწევისას ხდება სწრაფი დაშლა და მასა მცირდება დაახლოებით 70%-ით. როდესაც ტემპერატურა 600℃-ს მიაღწია, მასა კიდევ უფრო შემცირდა 70%-ით. როდესაც ტემპერატურა 300oC-ს მიაღწია, CMC-Li-ს მასა 70%-ით შემცირდა. როდესაც ტემპერატურამ 400℃ მიაღწია, CMC-Li-ს მასა 10%-ით შემცირდა. CMCLi უფრო ადვილად იშლება ვიდრე pVDF ბატარეის მუშაობის ბოლოს.

2.2)ელექტრული გამტარობა

S. Chou და სხვ. ტესტის შედეგებმა აჩვენა, რომ CMCLI-1, CMC-Li-2 და pVDF-ის წინაღობა იყო 0,3154 Mn·m და 0,2634 Mn, შესაბამისად. M და 20,0365 Mn·m, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ pVDF-ის წინაღობა უფრო მაღალია, ვიდრე CMCLi, CMC-LI-ის გამტარობა უკეთესია, ვიდრე pVDF და CMCLI.1-ის გამტარობა დაბალია, ვიდრე CMCLI.2.

2.3)ელექტროქიმიური შესრულება

FM Courtel და სხვ. შეისწავლა პოლი-სულფონატზე (AQ) დაფუძნებული ელექტროდების ციკლური ვოლტამეტრიის მრუდები სხვადასხვა შემკვრელების გამოყენებისას. სხვადასხვა შემკვრელებს აქვთ სხვადასხვა დაჟანგვის და შემცირების რეაქციები, ამიტომ პიკური პოტენციალი განსხვავებულია. მათ შორის CMCLi-ის დაჟანგვის პოტენციალი არის 2,15 ვ, ხოლო შემცირების პოტენციალი 2,55 ვ. pVDF-ის დაჟანგვის პოტენციალი და შემცირების პოტენციალი იყო 2.605 V და 1.950 V შესაბამისად. წინა ორჯერ ციკლური ვოლტამეტრიის მრუდებთან შედარებით, დაჟანგვა-აღდგენითი პიკის პიკური პოტენციალის სხვაობა CMCLi ბაინდერის გამოყენებისას უფრო მცირე იყო ვიდრე pVDF გამოყენებისას, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ რეაქცია ნაკლებად შეფერხებული იყო და CMCLi დამაკავშირებელი უფრო ხელსაყრელი იყო. ჟანგვა-აღდგენითი რეაქციის წარმოქმნა.

2. CMC-ის გამოყენების ეფექტი და მექანიზმი

1) აპლიკაციის ეფექტი

პჯ სუო და სხვ. შეისწავლა Si/C კომპოზიტური მასალების ელექტროქიმიური მოქმედება, როდესაც pVDF და CMC გამოიყენებოდა როგორც შემკვრელები, და აღმოაჩინა, რომ CMC-ის გამოყენებით ბატარეას ჰქონდა შექცევადი სპეციფიური სიმძლავრე 700 mAh/g პირველად და კვლავ ჰქონდა 597 mAh/g 4O ციკლის შემდეგ. აჯობებდა ბატარეას pVDF-ის გამოყენებით. ჯ ლი და სხვ. შეისწავლა CMC-ის Ds-ის გავლენა გრაფიტის სუსპენზიის სტაბილურობაზე და თვლიდა, რომ სუსპენზიის თხევადი ხარისხი განისაზღვრა Ds-ით. დაბალი DS-ის დროს CMC-ს აქვს ძლიერი ჰიდროფობიური თვისებები და შეუძლია გაზარდოს რეაქცია გრაფიტის ზედაპირზე, როდესაც წყალი გამოიყენება როგორც მედია. CMC-ს ასევე აქვს უპირატესობა სილიციუმ-კალის შენადნობის ანოდური მასალების ციკლური თვისებების სტაბილურობის შესანარჩუნებლად. NiO ელექტროდები მომზადდა სხვადასხვა კონცენტრაციით (0.1 mouL, 0.3mol/L და 0.5mol/L) CMC და pVDF შემკვრელით, და დამუხტული და გამონადენი 1.5-3.5V-ზე 0.1c დენით. პირველი ციკლის განმავლობაში, pVDF შემკვრელის უჯრედის ტევადობა უფრო მაღალი იყო, ვიდრე CMC შემკვრელის უჯრედის. როდესაც ციკლების რაოდენობა lO-ს მიაღწევს, pVDF შემკვრელის გამონადენი აშკარად მცირდება. 4JD ციკლის შემდეგ, 0.1movL, 0.3MOUL და 0.5MovLPVDF ბაინდერების გამონადენის სპეციფიური სიმძლავრე შემცირდა 250mAh/g, 157mAtv'g და 102mAh/g, შესაბამისად: ბატარეების გამონადენის სპეციფიური სიმძლავრეები mo.10L mo.3L/0L. და 0.5 moL/LCMC შემკვრელის შენახვა იყო 698mAh/g, 555mAh/g და 550mAh/g, შესაბამისად.

CMC ბაინდერი გამოიყენება LiTI0-ზე. : და SnO2 ნანონაწილაკები სამრეწველო წარმოებაში. CMC, როგორც შემკვრელის, LiFepO4 და Li4TI50l2, როგორც დადებითი და უარყოფითი აქტიური მასალები, შესაბამისად, და pYR14FS1, როგორც ცეცხლგამძლე ელექტროლიტის გამოყენებით, ბატარეის ციკლი მოხდა 150 ჯერ 0.1c დენით 1.5v ~ 3.5V ტემპერატურაზე და დადებითი სპეციფიკური. ტევადობა შენარჩუნდა 140 mAh/g. CMC-ში სხვადასხვა ლითონის მარილებს შორის, CMCLi შემოაქვს სხვა მეტალის იონებს, რომლებსაც შეუძლიათ დათრგუნონ "გაცვლის რეაქცია (vii)" ელექტროლიტში მიმოქცევის დროს.

2) შესრულების გაუმჯობესების მექანიზმი

CMC Li ბაინდერს შეუძლია გააუმჯობესოს AQ ბაზის ელექტროდის ელექტროქიმიური მოქმედება ლითიუმის ბატარეაში. M. E და სხვ. -4-მა ჩაატარა მექანიზმის წინასწარი კვლევა და შესთავაზა CMC-Li-ს განაწილების მოდელი AQ ელექტროდში. CMCLi-ის კარგი მოქმედება მოდის OH-ის მიერ წარმოქმნილი წყალბადის ბმების ძლიერი შემაკავშირებელი ეფექტიდან, რაც ხელს უწყობს ბადისებრი სტრუქტურების ეფექტურ ფორმირებას. ჰიდროფილური CMC-Li არ იხსნება ორგანულ ელექტროლიტში, ამიტომ მას აქვს კარგი სტაბილურობა ბატარეაში და აქვს ძლიერი ადჰეზია ელექტროდის სტრუქტურასთან, რაც ბატარეას აქვს კარგი სტაბილურობა. Cmc-li შემკვრელს აქვს კარგი Li-გამტარობა, რადგან CMC-Li-ს მოლეკულურ ჯაჭვზე არის ფუნქციური ჯგუფების დიდი რაოდენობა. გამონადენის დროს ლითიუმთან მოქმედებს ეფექტური ნივთიერებების ორი წყარო: (1) ელექტროლიტში ლი; (2) Li CMC-Li-ს მოლეკულურ ჯაჭვზე აქტიური ნივთიერების ეფექტურ ცენტრთან ახლოს.

ჰიდროქსილის ჯგუფისა და ჰიდროქსილის ჯგუფის რეაქცია კარბოქსიმეთილ CMC-Li შემკვრელში წარმოქმნის კოვალენტურ კავშირს; ელექტრული ველის ძალის მოქმედებით U-ს შეუძლია გადაიტანოს მოლეკულურ ჯაჭვზე ან მიმდებარე მოლეკულურ ჯაჭვზე, ანუ მოლეკულური ჯაჭვის სტრუქტურა არ დაზიანდება; საბოლოოდ, Lj დაუკავშირდება AQ ნაწილაკს. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ CMCLi-ს გამოყენება არა მხოლოდ აუმჯობესებს Li-ს გადაცემის ეფექტურობას, არამედ აუმჯობესებს AQ-ის გამოყენების სიჩქარეს. რაც უფრო მაღალია cH: COOLi და 10Li შემცველობა მოლეკულურ ჯაჭვში, მით უფრო ადვილია Li-ის გადატანა. მ.არმანდი და სხვ. სჯეროდა, რომ -COOH ან OH-ის ორგანულ ნაერთებს შეუძლიათ რეაგირება მოახდინონ შესაბამისად 1 Li-სთან და წარმოქმნან 1 C00Li ან 1 0Li დაბალი პოტენციალით. ელექტროდში CMCLi შემკვრელის მექანიზმის შემდგომი შესწავლის მიზნით, CMC-Li-1 იქნა გამოყენებული, როგორც აქტიური მასალა და მიღებული იქნა მსგავსი დასკვნები. Li რეაგირებს ერთ cH-სთან, COOH-თან და ერთ 0H-თან CMC Li-დან და წარმოქმნის cH: COOLi და ერთი 0” შესაბამისად, როგორც ნაჩვენებია (1) და (2) განტოლებებში.

როგორც cH, COOLi და OLi რიცხვი იზრდება, CMC-Li-ს THE DS იზრდება. ეს გვიჩვენებს, რომ ორგანული ფენა, რომელიც ძირითადად შედგება AQ ნაწილაკების ზედაპირის შემკვრელისგან, ხდება უფრო სტაბილური და ადვილად გადასატანი Li. CMCLi არის გამტარი პოლიმერი, რომელიც უზრუნველყოფს Li-სთვის სატრანსპორტო მარშრუტს AQ ნაწილაკების ზედაპირზე მისასვლელად. CMCLi ბაინდერებს აქვთ კარგი ელექტრონული და იონური გამტარობა, რაც იწვევს კარგ ელექტროქიმიურ მუშაობას და CMCLi ელექტროდების ხანგრძლივი ციკლის სიცოცხლეს. JS Bridel და სხვ. მოამზადა ლითიუმ-იონური ბატარეის ანოდი სილიციუმის/ნახშირბადის/პოლიმერის კომპოზიტური მასალების გამოყენებით სხვადასხვა ბაინდერებით, რათა შეესწავლა სილიციუმის და პოლიმერის ურთიერთქმედების გავლენა ბატარეის მთლიან მუშაობაზე და დაადგინა, რომ CMC-ს ჰქონდა საუკეთესო მოქმედება, როდესაც იყენებდა როგორც შემკვრელს. არსებობს ძლიერი წყალბადის კავშირი სილიკონსა და CMC-ს შორის, რომელსაც აქვს თვითგანკურნების უნარი და შეუძლია მოახდინოს მასალის მზარდი სტრესის რეგულირება ციკლის პროცესის დროს, რათა შეინარჩუნოს მასალის სტრუქტურის სტაბილურობა. CMC, როგორც შემკვრელის საშუალებით, სილიკონის ანოდის სიმძლავრე შეიძლება შენარჩუნდეს 1000 mAh/g-ზე ზევით მინიმუმ 100 ციკლში, ხოლო კულონის ეფექტურობა უახლოვდება 99,9%-ს.

3, დასკვნა

როგორც შემკვრელი, CMC მასალა შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ტიპის ელექტროდის მასალებში, როგორიცაა ბუნებრივი გრაფიტი, მეზოფაზური ნახშირბადის მიკროსფეროები (MCMB), ლითიუმის ტიტანატი, თუნუქის დაფუძნებული სილიკონის ანოდის მასალა და ლითიუმის რკინის ფოსფატის ანოდის მასალა, რომელსაც შეუძლია გააუმჯობესოს ბატარეა. სიმძლავრე, ციკლის სტაბილურობა და ციკლის სიცოცხლე pYDF-თან შედარებით. ეს სასარგებლოა CMC მასალების თერმული სტაბილურობის, ელექტროგამტარობისა და ელექტროქიმიური თვისებებისთვის. CMC-სთვის არსებობს ორი ძირითადი მექანიზმი ლითიუმის იონური ბატარეების მუშაობის გასაუმჯობესებლად:

(1) CMC-ის სტაბილური შემაკავშირებელი მოქმედება ქმნის აუცილებელ წინაპირობას ბატარეის სტაბილური მუშაობის მისაღებად;

(2) CMC-ს აქვს კარგი ელექტრონი და იონური გამტარობა და შეუძლია ხელი შეუწყოს Li-ის გადაცემას