CMC는 배터리 산업에서 사용됩니다.

나트륨 카르복시메틸 셀룰로오스란 무엇입니까??

나트륨 카르복시메틸 셀룰로오스(또는 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨 염, 카르복시메틸 셀룰로오스, CMC, 카르복시메틸, 셀룰로오스 나트륨, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose라고도 함)는 세계에서 가장 널리 사용되는 섬유 유형이며 최대 복용량입니다.

Cmc-na는 중합도 100~2000, 분자량 242.16의 셀룰로오스 유도체입니다. 백색의 섬유상 또는 과립상 분말. 무취, 무미, 무미, 흡습성, 유기용매에 불용성. 이 논문은 주로 리튬 이온 배터리 세부 사항에 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨의 적용을 이해하기 위한 것입니다.

카르복시메틸셀룰로오스 나트륨 적용 진행 상황 CMC리튬 이온 배터리

현재 폴리비닐리덴 플루오라이드[pVDF, (CH:A CF:)]는 리튬 이온 배터리 생산 시 바인더로 널리 사용되고 있습니다. . PVDF는 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 생산 과정에서 알칸 케톤(NMP) 및 공기 습도 요구 사항을 엄격하게 준수하는 N 메틸과 같은 유기 용매 환경에 친화적이고 폭발성 응용 과정에서 사용해야 하며 내장형으로도 쉽게 사용할 수 있습니다. 금속 리튬, 리튬 흑연 2차 반응, 특히 고온 조건에서 자발적인 열폭주 위험이 있습니다. 수용성 바인더인 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(CMC)은 전극 재료용 pVDF 대체품으로 사용되며 NMP 사용을 피하고 비용을 절감하며 환경 오염을 줄일 수 있습니다. 동시에, 생산 공정에는 환경 습도가 필요하지 않으며 배터리 용량을 향상시키고 사이클 수명을 연장할 수도 있습니다. 본 논문에서는 리튬이온 배터리의 성능에 있어서 CMC의 역할을 검토하고, CMC가 배터리 성능을 향상시키는 메커니즘을 열안정성, 전기전도도, 전기화학적 특성 측면에서 요약하였다.

1. CMC의 구조와 성능

1) CMC 구조

CMC는 일반적으로 다양한 치환도(Ds)에 따라 분류되며, 제품의 형태와 성능은 Ds에 크게 영향을 받습니다. LXieet al. Na의 서로 다른 H 쌍의 D로 CMC를 연구했습니다. SEM 분석 결과, CMC-Li-1(Ds = 1.00)은 입상 구조를 나타냈고, CMC-Li-2(Ds = 0.62)는 선형 구조를 나타냈다. M. E 등의 연구는 CMC가 입증되었습니다. 스티렌 부타디엔 고무(SBR)는 Li:O의 응집을 억제하고 계면 구조를 안정화할 수 있어 전기화학적 성능에 유리합니다.

2) CMC 성능

2.1)열 안정성

Zj Hanet al. 다양한 바인더의 열 안정성을 연구했습니다. pVDF의 임계 온도는 약 4500C입니다. 500℃에 도달하면 급속히 분해되어 질량이 약 70% 감소합니다. 온도가 600℃에 도달하면 질량은 70% 더 감소합니다. 온도가 300oC에 도달했을 때 CMC-Li의 질량은 70% 감소했습니다. 온도가 400℃에 도달했을 때 CMC-Li의 질량은 10% 감소했습니다. CMCLi는 배터리 수명이 끝나면 pVDF보다 더 쉽게 분해됩니다.

2.2)전기 전도성

S. Chou et al. 의 테스트 결과에 따르면 CMCLI-1, CMC-Li-2 및 pVDF의 저항률은 각각 0.3154 Mn·m 및 0.2634 Mn이었습니다. M 및 20.0365 Mn·m은 pVDF의 저항률이 CMCLi의 저항률보다 높고 CMC-LI의 전도도가 pVDF의 전도도보다 우수하며 CMCLI.1의 전도도가 CMCLI.2의 전도도보다 낮음을 나타냅니다.

2.3)전기화학적 성능

FM Courtelet al. 다른 바인더를 사용할 때 폴리설폰산염(AQ) 기반 전극의 순환 전압전류 곡선을 연구했습니다. 바인더마다 산화 및 환원 반응이 다르기 때문에 피크 전위도 다릅니다. 그 중 CMCLi의 산화 전위는 2.15V, 환원 전위는 2.55V이다. pVDF의 산화 전위 및 환원 전위는 각각 2.605V 및 1.950V였습니다. 앞선 두 차례의 순환전압전류법 곡선과 비교하면, CMCLi 바인더를 사용한 경우 산화-환원 피크의 피크 전위차가 pVDF를 사용한 경우보다 작아서 반응 방해가 덜하고 CMCLi 바인더가 더 유리한 것으로 나타났다. 산화 환원 반응의 발생.

2. CMC의 적용효과 및 메커니즘

1) 적용 효과

Pj Suoet al. pVDF와 CMC를 바인더로 사용한 경우 Si/C 복합재료의 전기화학적 성능을 연구한 결과, CMC를 사용한 배터리는 처음으로 700mAh/g의 가역 비용량을 나타냈고, 40사이클 후에도 여전히 597mAh/g을 유지하는 것으로 나타났습니다. pVDF를 사용한 배터리보다 우수했습니다. Jh Lee et al. 흑연 현탁액의 안정성에 대한 CMC의 Ds의 영향을 연구했으며 현탁액의 액체 품질이 Ds에 의해 결정된다고 믿었습니다. 낮은 DS에서 CMC는 강한 소수성을 가지며 물을 매체로 사용할 경우 흑연 표면과의 반응을 증가시킬 수 있습니다. CMC는 또한 실리콘-주석 합금 양극재의 순환 특성의 안정성을 유지하는 데 장점이 있습니다. NiO 전극은 다양한 농도(0.1mouL, 0.3mol/L 및 0.5mol/L)의 CMC와 pVDF 바인더로 준비되었으며 0.1c의 전류로 1.5~3.5V에서 충전 및 방전되었습니다. 첫 번째 사이클 동안 pVDF 바인더 셀의 용량은 CMC 바인더 셀의 용량보다 높았습니다. 사이클 수가 10회에 도달하면 pVDF 바인더의 방전 용량이 현저히 감소합니다. 4JD 사이클 후 0.1movL, 0.3MOUL 및 0.5MovLPVDF 바인더의 방전 비용량은 각각 250mAh/g, 157mAtv'g 및 102mAh/g로 감소했습니다. 0.1moL/L, 0.3moL/L의 배터리 방전 비용량 및 0.5 moL/LCMC 바인더를 로 유지했습니다. 각각 698mAh/g, 555mAh/g, 550mAh/g입니다.

CMC 바인더는 LiTI0에 사용됩니다. : 및 산업 생산에 사용되는 SnO2 나노입자. CMC를 바인더로 사용하고 LiFepO4와 Li4TI50l2를 양극 및 음극 활물질로 각각 사용하고 pYR14FS1을 난연성 전해질로 사용하여 배터리를 온도에서 1.5v ~ 3.5V에서 0.1c 전류로 150회 순환시켰으며, 양극 활성 물질은 용량은 140mAh/g으로 유지되었습니다. CMC의 다양한 금속염 중에서 CMCLi는 순환 중에 전해질의 "교환 반응(vii)"을 억제할 수 있는 다른 금속 이온을 도입합니다.

2) 성능 개선 메커니즘

CMC Li 바인더는 리튬 배터리의 AQ 기본 전극의 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있습니다. M. Eet al. -4는 메커니즘에 대한 예비 연구를 수행하고 AQ 전극에서 CMC-Li 분포 모델을 제안했습니다. CMCLi의 우수한 성능은 OH에 의해 생성된 수소 결합의 강력한 결합 효과에서 비롯되며 이는 메쉬 구조의 효율적인 형성에 기여합니다. 친수성 CMC-Li는 유기 전해액에 용해되지 않아 전지 내 안정성이 좋고, 전극 구조와의 접착력이 강해 전지 안정성이 좋습니다. Cmc-li 바인더는 CMC-Li의 분자 사슬에 많은 수의 작용기가 있기 때문에 Li 전도성이 좋습니다. 방전 중에 Li와 함께 작용하는 효과적인 물질의 두 가지 공급원이 있습니다. (1) 전해질의 Li; (2) 활성 물질의 유효 중심 근처에 있는 CMC-Li 분자 사슬의 Li.

카르복시메틸 CMC-Li 바인더의 수산기와 수산기의 반응은 공유 결합을 형성합니다. 전계력의 작용으로 U는 분자 사슬이나 인접한 분자 사슬에 전달될 수 있습니다. 즉, 분자 사슬 구조가 손상되지 않습니다. 결국 Lj는 AQ 입자에 결합하게 됩니다. 이는 CMCLi의 적용이 Li의 전달 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 AQ의 활용률도 향상시킨다는 것을 의미합니다. 분자 사슬 내 cH:COOLi 및 10Li의 함량이 높을수록 Li 전달이 더 쉬워집니다. M. Armandet al. -COOH 또는 OH의 유기 화합물이 각각 1개의 Li와 반응하여 낮은 전위에서 1개의 C00Li 또는 10Li를 생성할 수 있다고 믿었습니다. 전극에서 CMCLi 바인더의 메커니즘을 더 조사하기 위해 CMC-Li-1을 활성 물질로 사용했으며 유사한 결론을 얻었습니다. Li는 CMC Li로부터 하나의 cH, COOH 및 하나의 0H와 반응하여 방정식 (1) 및 (2)에 표시된 대로 각각 cH:COOLi 및 하나의 0"을 생성합니다.

cH, COOLi, OLi의 수가 증가할수록 CMC-Li의 DS는 증가합니다. 이는 주로 AQ 입자 표면 바인더로 구성된 유기층이 더욱 안정해지고 Li 전달이 더 쉬워진다는 것을 보여줍니다. CMCLi는 Li가 AQ 입자 표면에 도달하는 수송 경로를 제공하는 전도성 폴리머입니다. CMCLi 바인더는 전자 및 이온 전도성이 우수하여 전기화학적 성능이 우수하고 CMCLi 전극의 수명이 길어집니다. JS Bridelet al. 연구진은 실리콘과 폴리머의 상호작용이 전지 전체 성능에 미치는 영향을 연구하기 위해 서로 다른 바인더를 갖는 실리콘/탄소/고분자 복합재료를 사용하여 리튬이온전지의 양극을 제조하였고, CMC가 바인더로 사용되었을 때 가장 좋은 성능을 나타내는 것을 확인하였다. 실리콘과 CMC 사이에는 강한 수소 결합이 있어 자가 치유 능력이 있으며 사이클링 과정에서 재료의 증가하는 응력을 조정하여 재료 구조의 안정성을 유지할 수 있습니다. CMC를 바인더로 사용하면 실리콘 양극의 용량이 최소 100사이클에서 1000mAh/g 이상으로 유지될 수 있으며 쿨롱 효율은 99.9%에 가깝습니다.

3, 결론

바인더로서 CMC 물질은 천연 흑연, MCMB(meso-phase carbon microspheres), 티타늄산 리튬, 주석 기반 실리콘 기반 양극 물질 및 리튬 철 인산염 양극 물질과 같은 다양한 유형의 전극 물질에 사용될 수 있어 배터리 성능을 향상시킬 수 있습니다. pYDF와 비교한 용량, 주기 안정성 및 주기 수명. 이는 CMC 재료의 열 안정성, 전기 전도성 및 전기화학적 특성에 유리합니다. CMC가 리튬 이온 배터리의 성능을 향상시키는 두 가지 주요 메커니즘이 있습니다.

(1) CMC의 안정적인 결합 성능은 안정적인 배터리 성능을 얻기 위해 필요한 전제 조건을 만듭니다.

(2) CMC는 전자 및 이온 전도성이 우수하고 Li 이동을 촉진할 수 있습니다.