CMC naudoja baterijų pramonėje

Kas yra natrio karboksimetilceliuliozė?

Natrio karboksimetilceliuliozė (taip pat vadinama: karboksimetilceliuliozės natrio druska, karboksimetilceliuliozė, CMC, karboksimetilas, celiuliozėSodium, natrio druska karboksimetilceliuliozė) yra plačiausiai pasaulyje naudojamos pluošto rūšys, kurių dozė yra didžiausia.

Cmc-na yra celiuliozės darinys, kurio polimerizacijos laipsnis yra 100–2000, o molekulinė masė 242,16. Balti pluoštiniai arba granuliuoti milteliai. Bekvapis, beskonis, beskonis, higroskopiškas, netirpsta organiniuose tirpikliuose. Šis dokumentas daugiausia skirtas suprasti natrio karboksimetilceliuliozės taikymą ličio jonų akumuliatoriaus detalėse.

Natrio karboksimetilceliuliozės taikymo pažanga CMCličio jonų baterijose

Šiuo metu polivinilideno fluoridas [pVDF, (CH: A CF:)] plačiai naudojamas kaip rišiklis ličio jonų akumuliatorių gamyboje. . PVDF yra ne tik brangus, bet ir naudojamas sprogstamųjų, aplinkai nekenksmingų organinių tirpiklių, tokių kaip N metilas, kurio alkano ketonas (NMp) ir oro drėgnumas gamybos procesui keliami griežtai, taip pat lengvai su įterptais reikalavimais. metalo ličio, ličio grafito antrinė reakcija, ypač esant aukštai temperatūrai, spontaniška terminio pabėgimo rizika. Natrio karboksimetilceliuliozė (CMC), vandenyje tirpi rišamoji medžiaga, naudojama kaip pVDF pakaitalas elektrodų medžiagoms, todėl galima išvengti NMp naudojimo, sumažinti išlaidas ir sumažinti aplinkos taršą. Tuo pačiu metu gamybos procesas nereikalauja aplinkos drėgmės, bet taip pat gali pagerinti akumuliatoriaus talpą, prailginti ciklo tarnavimo laiką. Straipsnyje apžvelgtas CMC vaidmuo ličio jonų akumuliatoriaus veikimui ir apibendrintas CMC veikimo mechanizmas, gerinantis akumuliatoriaus veikimą iš terminio stabilumo, elektrinio laidumo ir elektrocheminių charakteristikų aspektų.

1. CMC struktūra ir veikimas

1) CMC struktūra

CMC paprastai klasifikuojamas pagal skirtingą pakeitimo laipsnį (D), o produkto morfologijai ir veikimui didelę įtaką daro D. LXie ir kt. studijavo CMC su skirtingų Na H porų D. SEM analizės rezultatai parodė, kad CMC-Li-1 (Ds = 1,00) pateikė granuliuotą struktūrą, o CMC-Li-2 (Ds = 0,62) – linijinę struktūrą. M. E ir kt. tyrimai įrodė, kad CMC. Stirolo butadieno kaučiukas (SBR) gali slopinti Li: O aglomeraciją ir stabilizuoti sąsajos struktūrą, o tai yra naudinga elektrocheminėms savybėms.

2) CMC veikimas

2.1)Terminis stabilumas

Zj Han ir kt. ištyrė skirtingų rišiklių terminį stabilumą. Kritinė pVDF temperatūra yra apie 4500C. Pasiekus 500 ℃, įvyksta greitas skilimas ir masė sumažėja apie 70%. Kai temperatūra pasiekė 600 ℃, masė dar sumažėjo 70%. Temperatūrai pasiekus 300oC, CMC-Li masė sumažėjo 70%. Kai temperatūra pasiekė 400 ℃, CMC-Li masė sumažėjo 10%. Pasibaigus akumuliatoriaus veikimo laikui, CMCLi yra lengviau skaidomas nei pVDF.

2.2 )Elektros laidumas

S. Chou ir kt. Tyrimo rezultatai parodė, kad CMCLI-1, CMC-Li-2 ir pVDF varža buvo atitinkamai 0,3154 Mn·m ir 0,2634 Mn. M ir 20,0365 Mn·m, o tai rodo, kad pVDF varža yra didesnė nei CMCLi, CMC-LI laidumas yra geresnis nei pVDF, o CMCLI.1 laidumas yra mažesnis nei CMCLI.2.

2.3)Elektrocheminis veikimas

FM Courtel ir kt. ištyrė polisulfonato (AQ) pagrindu pagamintų elektrodų ciklines voltampermetrijos kreives, kai buvo naudojami skirtingi rišikliai. Skirtingi rišikliai turi skirtingas oksidacijos ir redukcijos reakcijas, todėl smailės potencialas yra skirtingas. Tarp jų CMCLi oksidacijos potencialas yra 2,15 V, o redukcijos potencialas yra 2,55 V. pVDF oksidacijos potencialas ir redukcijos potencialas buvo atitinkamai 2,605 V ir 1,950 V. Palyginti su ankstesnių dviejų kartų ciklinėmis voltamperometrijos kreivėmis, oksidacijos-redukcijos smailės didžiausių potencialų skirtumas, kai buvo naudojamas CMCLi rišiklis, buvo mažesnis nei naudojant pVDF, o tai rodo, kad reakcija buvo mažiau trukdoma, o CMCLi rišiklis buvo palankesnis oksidacijos-redukcijos reakcijos atsiradimas.

2. CMC taikymo efektas ir mechanizmas

1) Taikymo efektas

Pj Suo ir kt. ištyrė Si/C kompozitinių medžiagų elektrochemines charakteristikas, kai pVDF ir CMC buvo naudojami kaip rišikliai, ir nustatė, kad akumuliatoriaus, naudojančio CMC, grįžtamoji specifinė talpa pirmą kartą buvo 700 mAh/g, o po 4O ciklų vis dar turėjo 597 mAh/g. buvo pranašesnis už bateriją naudojant pVDF. Jh Lee ir kt. ištyrė CMC Ds įtaką grafito suspensijos stabilumui ir manė, kad suspensijos skysčio kokybę lemia Ds. Esant žemai DS, CMC pasižymi stipriomis hidrofobinėmis savybėmis ir gali padidinti reakciją su grafito paviršiumi, kai vanduo naudojamas kaip terpė. CMC taip pat turi pranašumų išlaikant silicio ir alavo lydinio anodo medžiagų ciklinių savybių stabilumą. NiO elektrodai buvo paruošti su skirtingų koncentracijų (0,1mouL, 0,3mol/L ir 0,5mol/L) CMC ir pVDF rišikliu, įkraunami ir iškraunami 1,5-3,5 V įtampa 0,1c srove. Pirmojo ciklo metu pVDF rišiklio ląstelės talpa buvo didesnė nei CMC rišiklio ląstelės talpa. Kai ciklų skaičius pasiekia lO, pVDF rišiklio iškrovimo pajėgumas akivaizdžiai sumažėja. Po 4JD ciklų savitoji iškrovimo talpa 0,1movL, 0,3MOUL ir 0,5MovLPVDF rišiklių sumažėjo atitinkamai iki 250mAh/g, 157mAtv'g ir 102mAh/g: Akumuliatorių, kurių 0,1moL3 moL,/0, iškrovos savitoji talpa ir 0,5 mol/LCMC rišiklio buvo laikomi atitinkamai 698 mAh/g, 555 mAh/g ir 550 mAh/g.

LiTI0 naudojamas CMC rišiklis. : ir SnO2 nanodalelės pramoninėje gamyboje. Naudojant CMC kaip rišiklį, LiFepO4 ir Li4TI50l2 atitinkamai kaip teigiamas ir neigiamas aktyviąsias medžiagas, ir naudojant pYR14FS1 kaip antipireną elektrolitą, akumuliatorius buvo 150 kartų įjungtas 0,1c srove esant 1,5V ~ 3,5V temperatūrai, o teigiama specifinė talpa buvo palaikoma 140 mAh/g. Tarp įvairių metalų druskų CMC, CMCLi įveda kitų metalų jonų, kurie gali slopinti „mainų reakciją (vii)“ elektrolite cirkuliacijos metu.

2) Veiklos gerinimo mechanizmas

CMC Li rišiklis gali pagerinti ličio akumuliatoriaus AQ bazinio elektrodo elektrochemines savybes. M. E ir kt. -4 atliko preliminarų mechanizmo tyrimą ir pasiūlė CMC-Li pasiskirstymo AQ elektrode modelį. Geras CMCLi veikimas atsiranda dėl stipraus vandenilinių jungčių, kurias sukuria OH, surišimo efektas, kuris prisideda prie efektyvaus tinklinių struktūrų formavimo. Hidrofilinis CMC-Li neištirps organiniame elektrolite, todėl turi gerą stabilumą akumuliatoriuje ir stipriai sukimba su elektrodo struktūra, todėl akumuliatorius turi gerą stabilumą. Cmc-li rišiklis turi gerą Li laidumą, nes CMC-Li molekulinėje grandinėje yra daug funkcinių grupių. Iškrovos metu yra du veiksmingų medžiagų, veikiančių Li, šaltiniai: (1) Li elektrolite; (2) Li molekulinėje CMC-Li grandinėje šalia aktyviosios medžiagos centro.

Hidroksilo grupės ir hidroksilo grupės reakcija karboksimetilo CMC-Li rišiklyje sudarys kovalentinį ryšį; Veikiant elektrinio lauko jėgai, U gali persikelti ant molekulinės grandinės arba gretimos molekulinės grandinės, tai yra, molekulinės grandinės struktūra nebus pažeista; Galiausiai Lj prisijungs prie AQ dalelės. Tai rodo, kad CMCLi taikymas ne tik pagerina Li perdavimo efektyvumą, bet ir pagerina AQ panaudojimo greitį. Kuo didesnis cH: COOLi ir 10Li kiekis molekulinėje grandinėje, tuo lengvesnis Li pernešimas. M. Arrmand ir kt. tikėjo, kad organiniai -COOH arba OH junginiai gali atitinkamai reaguoti su 1 Li ir pagaminti 1 C00Li arba 10Li esant mažam potencialui. Siekiant toliau tirti CMCLi rišiklio elektrode mechanizmą, CMC-Li-1 buvo panaudota kaip aktyvi medžiaga ir gautos panašios išvados. Li reaguoja su vienu cH, COOH ir vienu 0H iš CMC Li ir sukuria atitinkamai cH: COOLi ir vieną 0 “, kaip parodyta (1) ir (2) lygtyse.

Didėjant cH, COOLi ir OLi skaičiui, didėja CMC-Li DS. Tai rodo, kad organinis sluoksnis, daugiausia sudarytas iš AQ dalelių paviršiaus rišiklio, tampa stabilesnis ir lengviau pernešamas Li. CMCLi yra laidus polimeras, suteikiantis Li transportavimo kelią AQ dalelių paviršiui pasiekti. CMCLi rišikliai turi gerą elektroninį ir joninį laidumą, o tai lemia geras elektrochemines charakteristikas ir ilgą CMCLi elektrodų eksploatavimo laiką. JS Bridel ir kt. parengė ličio jonų akumuliatoriaus anodą, naudodamas silicio/anglies/polimero kompozitines medžiagas su skirtingais rišikliais, kad ištirtų silicio ir polimero sąveikos įtaką bendram akumuliatoriaus veikimui, ir nustatė, kad CMC pasižymi geriausiomis savybėmis, kai naudojamas kaip rišiklis. Tarp silicio ir CMC yra stiprus vandenilio ryšys, kuris turi savaiminio gijimo gebą ir gali reguliuoti didėjantį medžiagos įtempimą ciklo proceso metu, kad išlaikytų medžiagos struktūros stabilumą. Naudojant CMC kaip rišiklį, silicio anodo talpa gali būti didesnė nei 1000 mAh/g per mažiausiai 100 ciklų, o kulono efektyvumas yra beveik 99,9%.

3, išvada

Kaip rišamoji medžiaga CMC medžiaga gali būti naudojama įvairių tipų elektrodų medžiagose, tokiose kaip natūralus grafitas, mezofazės anglies mikrosferos (MCMB), ličio titanatas, alavo pagrindu pagaminta anodo medžiaga silicio pagrindu ir ličio geležies fosfato anodo medžiaga, kuri gali pagerinti bateriją. talpa, ciklo stabilumas ir ciklo trukmė, palyginti su pYDF. Tai naudinga CMC medžiagų šiluminiam stabilumui, elektriniam laidumui ir elektrocheminėms savybėms. Yra du pagrindiniai CMC mechanizmai, skirti pagerinti ličio jonų baterijų veikimą:

(1) Stabilus CMC sukibimas sukuria būtiną prielaidą, kad būtų užtikrintas stabilus akumuliatoriaus veikimas;

(2) CMC turi gerą elektronų ir jonų laidumą ir gali skatinti Li perdavimą