CMC батарея өнеркәсібінде қолданылады

Натрий карбоксиметил целлюлозасы дегеніміз не?

Натрий карбоксиметил целлюлоза, (сонымен қатар: карбоксиметил целлюлоза натрий тұзы, карбоксиметил целлюлоза, CMC, карбоксиметил, целлюлозаНатрий, натрийсалтофкабоксиметилцеллюлоза) әлемдегі ең көп қолданылатын талшық түрлері, максимум мөлшері.

Cmc-na - полимерлену дәрежесі 100~2000 және молекулалық салмағы 242,16 болатын целлюлоза туындысы. Ақ талшықты немесе түйіршікті ұнтақ. Иіссіз, дәмсіз, дәмсіз, гигроскопиялық, органикалық еріткіштерде ерімейді. Бұл мақала негізінен литий-ионды батарея бөлшектерінде натрий карбоксиметил целлюлозасының қолданылуын түсінуге арналған.

Натрий карбоксиметил целлюлозасын қолданудағы прогресс CMCлитий-ионды батареяларда

Қазіргі уақытта поливинилиден фториді [pVDF, (CH: A CF:)] литий-иондық аккумуляторларды өндіруде байланыстырғыш ретінде кеңінен қолданылады. . PVDF тек қымбат емес, сонымен қатар жарылғыш, қоршаған ортаға зиянсыз органикалық еріткіштерді қолдану процесінде қолдануды қажет етеді, мысалы, N метил, алканды кетон (NMp) және ауа ылғалдылығы өндіріс процесіне қатаң, сонымен қатар ендірілген. металл литий, литий графиті қайталама реакция, әсіресе жоғары температура жағдайында, термиялық қашудың өздігінен пайда болу қаупі. Натрий карбоксиметил целлюлозасы (CMC), суда еритін байланыстырғыш, электродтық материалдар үшін pVDF алмастырғыш ретінде пайдаланылады, ол NMp пайдалануды болдырмайды, шығындарды азайтады және қоршаған ортаның ластануын азайтады. Сонымен қатар, өндіріс процесі қоршаған ортаның ылғалдылығын қажет етпейді, сонымен қатар батареяның сыйымдылығын жақсарта алады, циклдің қызмет ету мерзімін ұзартады. Бұл мақалада литий-иондық аккумулятордың жұмысындағы CMC рөлі қарастырылды және жылу тұрақтылығы, электр өткізгіштік және электрохимиялық сипаттамалар аспектілерінен батарея өнімділігін жақсартудың CMC механизмі жинақталды.

1. CMC құрылымы мен өнімділігі

1) CMC құрылымы

CMC әдетте әртүрлі ауыстыру дәрежесі бойынша жіктеледі (Ds) және өнімнің морфологиясы мен өнімділігіне Ds қатты әсер етеді. LXie және т.б. THE CMC-ті Na әртүрлі H жұптарының D-терімен зерттеді. SEM талдау нәтижелері CMC-Li-1 (Ds = 1.00) түйіршікті құрылымды, ал CMC-Li-2 (Ds = 0.62) сызықтық құрылымды ұсынғанын көрсетті. M. E et al зерттеулері CMC екенін дәлелдеді. Стирол бутадиенді каучук (SBR) Li:O агломерациясын тежей алады және электрохимиялық өнімділікке пайдалы интерфейс құрылымын тұрақтандырады.

2) CMC өнімділігі

2.1)Термиялық тұрақтылық

Zj Han және т.б. әртүрлі байланыстырғыш заттардың термиялық тұрақтылығын зерттеді. pVDF сыни температурасы шамамен 4500С құрайды. 500℃ жеткенде тез ыдырау орын алып, массасы шамамен 70%-ға азаяды. Температура 600℃-ге жеткенде, масса одан әрі 70% төмендеді. Температура 300oС-қа жеткенде, CMC-Li массасы 70%-ға төмендеді. Температура 400℃-ге жеткенде, CMC-Li массасы 10% төмендеді. Батареяның қызмет ету мерзімінің соңында CMCLi pVDF қарағанда оңай ыдырайды.

2.2)Электр өткізгіштік

S. Chou және т.б. сынақ нәтижелері CMCLI-1, CMC-Li-2 және pVDF кедергілерінің сәйкесінше 0,3154 Mn·m және 0,2634 Mn екенін көрсетті. M және 20,0365 Mn·m, бұл pVDF кедергісі CMCLi қарағанда жоғары, CMC-LI өткізгіштігі pVDF қарағанда жақсы, ал CMCLI.1 өткізгіштігі CMCLI.2 қарағанда төмен.

2.3)Электрохимиялық өнімділік

FM Courtel және т.б. әртүрлі байланыстырғыш заттарды қолданған кезде полисульфонатты (AQ) электродтардың циклдік вольтамметриялық қисықтарын зерттеді. Әр түрлі байланыстырушы заттардың тотығу және тотықсыздану реакциялары әртүрлі, сондықтан потенциалдың шыңы әртүрлі. Олардың ішінде CMCLi тотығу потенциалы 2,15В, ал тотықсыздану потенциалы 2,55В. pVDF тотығу потенциалы және тотықсыздану потенциалы сәйкесінше 2,605 В және 1,950 В болды. Алдыңғы екі рет циклдік вольтамметрия қисықтарымен салыстырғанда, CMCLi байланыстырғышын пайдаланған кездегі тотығу-тотықсыздану шыңының шыңының потенциалдар айырымы pVDF пайдаланған кездегіден аз болды, бұл реакцияның аз кедергі болғанын және CMCLi байланыстырғышының неғұрлым қолайлы екенін көрсетеді. тотығу-тотықсыздану реакциясының пайда болуы.

2. CMC қолдану әсері және механизмі

1) Қолдану әсері

Pj Suo және т.б. pVDF және CMC байланыстырғыш ретінде пайдаланылған кезде Si/C композиттік материалдарының электрохимиялық өнімділігін зерттеді және CMC қолданатын батареяның қайтымды меншікті сыйымдылығы алғаш рет 700 мАч/г болатынын және 4O циклдарынан кейін әлі де 597 мАч/г болатынын анықтады. pVDF пайдаланатын батареядан жоғары болды. Jh Lee және т.б. графит суспензиясының тұрақтылығына ЦМС Д-ның әсерін зерттеп, суспензияның сұйық сапасын Ds анықтайды деп есептеді. Төмен DS кезінде CMC күшті гидрофобты қасиеттерге ие және суды орта ретінде пайдаланған кезде графит бетімен реакцияны күшейте алады. CMC кремний – қалайы қорытпалы анодты материалдардың циклдік қасиеттерінің тұрақтылығын сақтауда да артықшылықтарға ие. NiO электродтары әртүрлі концентрациядағы (0,1моль, 0,3моль/л және 0,5моль/л) CMC және pVDF байланыстырғыштарымен дайындалды және 0,1c токпен 1,5-3,5 В зарядталады және разрядталды. Бірінші цикл кезінде pVDF байланыстырушы ұяшықтың сыйымдылығы CMC байланыстырушы ұяшыққа қарағанда жоғары болды. Циклдар саны lO-ға жеткенде, pVDF байланыстырғышының разрядтылығы анық төмендейді. 4JD циклдарынан кейін 0,1мвЛ, 0,3MOUL және 0,5MovLPVDF байланыстырғыштарының меншікті разрядтық сыйымдылықтары тиісінше 250мАч/г, 157мАтв 'г және 102мАч/г дейін төмендеді: 0,L/L3.1 моль/Л3 бар батареялардың разрядтың меншікті сыйымдылығы. және 0,5 моЛ/LCMC байланыстырғышы тиісінше 698 мАч/г, 555 мАч/г және 550 мАч/г деңгейінде сақталды.

CMC байланыстырғыш LiTI0 үшін пайдаланылады. : және өнеркәсіптік өндірістегі SnO2 нанобөлшектері. Байланыстырғыш ретінде CMC, LiFepO4 және Li4TI50l2 сәйкесінше оң және теріс белсенді материалдар ретінде және pYR14FS1 жалынға төзімді электролит ретінде пайдалану арқылы батарея температурада 1,5в ~ 3,5В кезінде 0,1c токта 150 рет айналдырылды және оң үлес сыйымдылығы 140 мАч/г деңгейінде сақталды. CMC-дегі әртүрлі металл тұздарының арасында CMCLi айналым кезінде электролиттегі «алмасу реакциясын (vii)» тежейтін басқа металл иондарын енгізеді.

2) Тиімділікті арттыру механизмі

CMC Li байланыстырғышы литий батареясындағы AQ негізгі электродының электрохимиялық өнімділігін жақсарта алады. M. E және т.б. -4 механизмі бойынша алдын ала зерттеу жүргізді және AQ электродында CMC-Li таралу моделін ұсынды. CMCLi-нің жақсы өнімділігі торлы құрылымдардың тиімді қалыптасуына ықпал ететін OH шығаратын сутегі байланыстарының күшті байланыс әсерінен туындайды. Гидрофильді CMC-Li органикалық электролитте ерімейді, сондықтан ол батареяда жақсы тұрақтылыққа ие және электрод құрылымына күшті адгезияға ие, бұл батареяны жақсы тұрақтылыққа ие етеді. Cmc-li байланыстырғышы жақсы Li өткізгіштікке ие, өйткені CMC-Li молекулалық тізбегінде функционалдық топтардың көп саны бар. Разряд кезінде Li-мен әсер ететін тиімді заттардың екі көзі бар: (1) электролиттегі Li; (2) CMC-Li молекулалық тізбегіндегі белсенді заттың тиімді орталығына жақын Li.

Карбоксиметил CMC-Li байланыстырғышындағы гидроксил тобы мен гидроксил тобының реакциясы коваленттік байланыс түзеді; Электр өрісі күшінің әсерінен U молекулалық тізбекке немесе көрші молекулалық тізбекке ауыса алады, яғни молекулалық тізбек құрылымы бұзылмайды; Ақыр соңында Lj AQ бөлшектерімен байланысады. Бұл CMCLi қолдану тек Li тасымалдау тиімділігін ғана емес, сонымен қатар AQ пайдалану жылдамдығын жақсартатынын көрсетеді. Молекулярлық тізбектегі cH: COOLi және 10Li мөлшері неғұрлым жоғары болса, соғұрлым Li тасымалданады. M. Arrmand және т.б. -COOH немесе OH органикалық қосылыстары сәйкесінше 1 Li-мен әрекеттесіп, төмен потенциалда 1 C00Li немесе 1 0Li түзе алады деп есептеді. Электродтағы CMCLi байланыстырғыш механизмін одан әрі зерттеу үшін белсенді материал ретінде CMC-Li-1 қолданылды және ұқсас қорытындылар алынды. Li CMC Li-ден бір cH, COOH және бір 0H әрекеттеседі және (1) және (2) теңдеулерде көрсетілгендей, сәйкесінше cH: COOLi және бір 0 "генерациялайды.

cH, COOLi және OLi саны артқан сайын, CMC-Li DS артады. Бұл негізінен AQ бөлшектерінің беткі байланыстырғышынан тұратын органикалық қабаттың тұрақтырақ және Li тасымалдануы оңай екенін көрсетеді. CMCLi - AQ бөлшектерінің бетіне Li үшін тасымалдау жолын қамтамасыз ететін өткізгіш полимер. CMCLi байланыстырғыштары жақсы электронды және иондық өткізгіштікке ие, бұл жақсы электрохимиялық өнімділікке және CMCLi электродтарының ұзақ цикліне әкеледі. JS Bridel және т.б. кремний мен полимердің өзара әрекеттесуінің аккумулятордың жалпы өнімділігіне әсерін зерттеу үшін әртүрлі байланыстырғыштары бар кремний/көміртекті/полимерлі композициялық материалдарды пайдалана отырып, литий-ионды аккумулятордың анодын дайындады және CMC байланыстырғыш ретінде пайдаланған кезде ең жақсы өнімділікке ие екенін анықтады. Кремний мен CMC арасында күшті сутектік байланыс бар, ол өзін-өзі емдеу қабілетіне ие және материал құрылымының тұрақтылығын сақтау үшін цикл процесі кезінде материалдың жоғарылау кернеуін реттей алады. Тұтқыр ретінде CMC көмегімен кремний анодының сыйымдылығын кем дегенде 100 циклде 1000 мАч/г-дан жоғары ұстауға болады, ал кулон тиімділігі 99,9%-ға жақын.

3, қорытынды

Байланыстырғыш ретінде CMC материалын табиғи графит, мезофазалы көміртекті микросфералар (MCMB), литий титанат, қалайы негізіндегі кремний негізіндегі анод материалы және аккумуляторды жақсарта алатын литий темір фосфат анод материалы сияқты электродтық материалдардың әртүрлі түрлерінде қолдануға болады. pYDF-пен салыстырғанда сыйымдылық, цикл тұрақтылығы және цикл мерзімі. Бұл CMC материалдарының жылу тұрақтылығына, электр өткізгіштігіне және электрохимиялық қасиеттеріне пайдалы. Литий-иондық батареялардың жұмысын жақсарту үшін CMC үшін екі негізгі механизм бар:

(1) CMC тұрақты байланыстыру өнімділігі батареяның тұрақты өнімділігін алу үшін қажетті алғышарт жасайды;

(2) CMC жақсы электрон және ион өткізгіштікке ие және Li тасымалдауға ықпал ете алады