CMC izmanto akumulatoru rūpniecībā

Kas ir nātrija karboksimetilceluloze?

Nātrija karboksimetilceluloze (saukta arī: karboksimetilcelulozes nātrija sāls, karboksimetilceluloze, CMC, karboksimetils, celulozeSodium, nātrija sāls no karboksimetilcelulozes) ir pasaulē visplašāk izmantotais šķiedru veids, maksimālā deva.

Cmc-na ir celulozes atvasinājums ar polimerizācijas pakāpi 100–2000 un molekulmasu 242,16. Balts šķiedrains vai granulēts pulveris. Bez smaržas, bez garšas, bez garšas, higroskopisks, nešķīst organiskajos šķīdinātājos. Šis raksts galvenokārt ir paredzēts, lai izprastu nātrija karboksimetilcelulozes izmantošanu litija jonu akumulatoru detaļās.

Progress nātrija karboksimetilcelulozes pielietošanā CMClitija jonu akumulatoros

Pašlaik polivinilidēna fluorīds [pVDF, (CH: A CF:)] tiek plaši izmantots kā saistviela litija jonu akumulatoru ražošanā. . PVDF ir ne tikai dārgs, bet arī jāizmanto sprādzienbīstamu, videi draudzīgu organisko šķīdinātāju uzklāšanas procesā, piemēram, N metil, kam alkānketons (NMp) un gaisa mitruma prasības ražošanas procesā ir stingri, arī viegli ar iestrādātiem. metāla litija, litija grafīta sekundārā reakcija, īpaši augstas temperatūras apstākļos, spontāns termiskās bēgšanas risks. Nātrija karboksimetilceluloze (CMC), ūdenī šķīstoša saistviela, tiek izmantota kā pVDF aizstājējs elektrodu materiāliem, kas var izvairīties no NMp izmantošanas, samazināt izmaksas un samazināt vides piesārņojumu. Tajā pašā laikā ražošanas procesam nav nepieciešams vides mitrums, bet tas var arī uzlabot akumulatora jaudu, pagarināt cikla kalpošanas laiku. Šajā rakstā tika apskatīta CMC loma litija jonu akumulatora veiktspējā, un tika apkopots CMC akumulatora darbības uzlabošanas mehānisms no termiskās stabilitātes, elektrovadītspējas un elektroķīmisko raksturlielumu aspektiem.

1. CMC struktūra un darbība

1) CMC struktūra

CMC parasti klasificē pēc dažādas aizstāšanas pakāpes (D), un produkta morfoloģiju un veiktspēju lielā mērā ietekmē D. LXie et al. pētīja CMC ar dažādu Na H pāru D. SEM analīzes rezultāti parādīja, ka CMC-Li-1 (Ds = 1,00) uzrādīja granulētu struktūru, bet CMC-Li-2 (Ds = 0,62) - lineāru struktūru. M. E et al pētījumi pierādīja, ka CMC. Stirola butadiēna gumija (SBR) var kavēt Li: O aglomerāciju un stabilizēt saskarnes struktūru, kas ir labvēlīga elektroķīmiskajai veiktspējai.

2) CMC veiktspēja

2.1)Termiskā stabilitāte

Zj Han et al. pētīja dažādu saistvielu termisko stabilitāti. PVDF kritiskā temperatūra ir aptuveni 4500C. Sasniedzot 500℃, notiek strauja sadalīšanās un masa samazinās par aptuveni 70%. Kad temperatūra sasniedza 600 ℃, masa tika vēl vairāk samazināta par 70%. Kad temperatūra sasniedza 300oC, CMC-Li masa tika samazināta par 70%. Kad temperatūra sasniedza 400 ℃, CMC-Li masa tika samazināta par 10%. Akumulatora darbības laika beigās CMCLi ir vieglāk sadalāms nekā pVDF.

2.2)Elektrovadītspēja

S. Chou et al. Testa rezultāti parādīja, ka CMCLI-1, CMC-Li-2 un pVDF pretestība bija attiecīgi 0,3154 Mn·m un 0,2634 Mn. M un 20,0365 Mn·m, kas norāda, ka pVDF pretestība ir augstāka nekā CMCLi, CMC-LI vadītspēja ir labāka nekā pVDF, un CMCLI.1 vadītspēja ir zemāka nekā CMCLI.2.

2.3)Elektroķīmiskā veiktspēja

FM Courtel et al. pētīja polisulfonātu (AQ) balstītu elektrodu cikliskās voltammetrijas līknes, kad tika izmantotas dažādas saistvielas. Dažādām saistvielām ir dažādas oksidācijas un reducēšanas reakcijas, tāpēc pīķa potenciāls ir atšķirīgs. Starp tiem CMCLi oksidācijas potenciāls ir 2,15 V, bet reducēšanas potenciāls ir 2,55 V. PVDF oksidācijas potenciāls un reducēšanas potenciāls bija attiecīgi 2,605 V un 1,950 V. Salīdzinot ar iepriekšējo divu reižu cikliskās voltammetrijas līknēm, oksidācijas-reducēšanās maksimuma maksimālā potenciāla atšķirība, kad tika izmantota CMCLi saistviela, bija mazāka nekā tad, kad tika izmantota pVDF, norādot, ka reakcija bija mazāk kavēta un CMCLi saistviela bija labvēlīgāka. oksidācijas-reducēšanas reakcijas rašanās.

2. CMC pielietojuma efekts un mehānisms

1) Pielietojuma efekts

Pj Suo et al. pētīja Si/C kompozītmateriālu elektroķīmisko veiktspēju, kad kā saistvielas tika izmantotas pVDF un CMC, un atklāja, ka akumulatoram, kas izmantoja CMC, pirmo reizi bija atgriezeniskā īpatnējā jauda 700mAh/g un pēc 4O cikliem joprojām bija 597mAh/g. bija pārāks par akumulatoru, izmantojot pVDF. Jh Lee et al. pētīja CMC Ds ietekmi uz grafīta suspensijas stabilitāti un uzskatīja, ka suspensijas šķidruma kvalitāti nosaka Ds. Pie zemas DS CMC ir spēcīgas hidrofobas īpašības, un tas var pastiprināt reakciju ar grafīta virsmu, kad kā barotni izmanto ūdeni. CMC ir arī priekšrocības, saglabājot silīcija-alvas sakausējuma anoda materiālu ciklisko īpašību stabilitāti. NiO elektrodi tika sagatavoti ar dažādu koncentrāciju (0.1mouL, 0.3mol/L un 0.5mol/L) CMC un pVDF saistvielu, un uzlādēti un izlādēti pie 1.5-3.5V ar strāvu 0.1c. Pirmajā ciklā pVDF saistvielas šūnas jauda bija augstāka nekā CMC saistvielas šūnas jauda. Kad ciklu skaits sasniedz lO, pVDF saistvielas izlādes jauda acīmredzami samazinās. Pēc 4JD cikliem 0.1movL, 0.3MOUL un 0.5MovLPVDF saistvielu īpatnējās izlādes jaudas samazinājās attiecīgi līdz 250mAh/g, 157mAtv 'g un 102mAh/g: Akumulatoru izlādes īpatnējās jaudas ar 0.1 moL/L,/0 un 0,5 mol/LCMC saistvielas tika turēti attiecīgi 698mAh/g, 555mAh/g un 550mAh/g.

CMC saistviela tiek izmantota uz LiTI0. : un SnO2 nanodaļiņas rūpnieciskajā ražošanā. Izmantojot CMC kā saistvielu, LiFepO4 un Li4TI50l2 attiecīgi kā pozitīvos un negatīvos aktīvos materiālus un izmantojot pYR14FS1 kā liesmu slāpējošu elektrolītu, akumulators tika ciklēts 150 reizes ar strāvu 0,1c pie 1,5V ~ 3,5V temperatūrā un pozitīvo specifisko. kapacitāte tika uzturēta 140 mAh/g. Starp dažādiem CMC metālu sāļiem CMCLi ievieš citus metālu jonus, kas cirkulācijas laikā var kavēt "apmaiņas reakciju (vii)" elektrolītā.

2) Veiktspējas uzlabošanas mehānisms

CMC Li saistviela var uzlabot AQ bāzes elektroda elektroķīmisko veiktspēju litija akumulatorā. M. E et al. -4 veica mehānisma sākotnējo pētījumu un ierosināja CMC-Li sadalījuma modeli AQ elektrodā. CMCLi labā veiktspēja izriet no OH radīto ūdeņraža saišu spēcīgas savienošanas efekta, kas veicina efektīvu tīkla struktūru veidošanos. Hidrofilais CMC-Li nešķīst organiskajā elektrolītā, tāpēc tam ir laba stabilitāte akumulatorā un spēcīga saķere ar elektrodu struktūru, kas nodrošina labu akumulatora stabilitāti. Cmc-li saistvielai ir laba Li vadītspēja, jo CMC-Li molekulārajā ķēdē ir liels skaits funkcionālo grupu. Izlādes laikā ir divi efektīvu vielu avoti, kas iedarbojas ar Li: (1) Li elektrolītā; (2) Li uz CMC-Li molekulārās ķēdes aktīvās vielas efektīvā centra tuvumā.

Hidroksilgrupas un hidroksilgrupas reakcija karboksimetil-CMC-Li saistvielā veidos kovalento saiti; Elektriskā lauka spēka iedarbībā U var pārnest uz molekulāro ķēdi vai blakus esošo molekulāro ķēdi, tas ir, molekulārās ķēdes struktūra netiks bojāta; Galu galā Lj saistās ar AQ daļiņu. Tas norāda, ka CMCLi lietošana ne tikai uzlabo Li pārsūtīšanas efektivitāti, bet arī uzlabo AQ izmantošanas līmeni. Jo lielāks cH: COOLi un 10Li saturs molekulārajā ķēdē, jo vieglāka Li pārnešana. M. Arrmand et al. uzskatīja, ka -COOH vai OH organiskie savienojumi var reaģēt attiecīgi ar 1 Li un radīt 1 C00Li vai 1 0Li ar zemu potenciālu. Lai turpinātu pētīt CMCLi saistvielas mehānismu elektrodā, kā aktīvs materiāls tika izmantots CMC-Li-1 un tika iegūti līdzīgi secinājumi. Li reaģē ar vienu cH, COOH un vienu 0H no CMC Li un ģenerē cH: COOLi un vienu 0 "attiecīgi, kā parādīts (1) un (2) vienādojumā.

Palielinoties cH, COOLi un OLi skaitam, palielinās CMC-Li DS. Tas parāda, ka organiskais slānis, kas sastāv galvenokārt no AQ daļiņu virsmas saistvielas, kļūst stabilāks un vieglāk pārnesams Li. CMCLi ir vadošs polimērs, kas nodrošina Li transportēšanas ceļu, lai sasniegtu AQ daļiņu virsmu. CMCLi saistvielām ir laba elektroniskā un jonu vadītspēja, kas nodrošina labu elektroķīmisko veiktspēju un ilgu CMCLi elektrodu cikla kalpošanas laiku. JS Bridel et al. sagatavoja litija jonu akumulatora anodu, izmantojot silīcija/oglekļa/polimēra kompozītmateriālus ar dažādām saistvielām, lai izpētītu silīcija un polimēra mijiedarbības ietekmi uz akumulatora kopējo veiktspēju, un konstatēja, ka CMC ir vislabākā veiktspēja, ja to izmantoja kā saistvielu. Starp silīciju un CMC ir spēcīga ūdeņraža saite, kurai ir pašatveseļošanās spēja un kas var pielāgot pieaugošo materiāla spriegumu cikla laikā, lai saglabātu materiāla struktūras stabilitāti. Izmantojot CMC kā saistvielu, silīcija anoda jaudu var uzturēt virs 1000 mAh/g vismaz 100 ciklos, un kulona efektivitāte ir tuvu 99,9%.

3, secinājums

Kā saistvielu CMC materiālu var izmantot dažāda veida elektrodu materiālos, piemēram, dabiskajā grafītā, mezofāzes oglekļa mikrosfērās (MCMB), litija titanātā, uz alvas bāzes veidotā silīcija anoda materiālā un litija dzelzs fosfāta anoda materiālā, kas var uzlabot akumulatoru. jauda, ​​cikla stabilitāte un cikla kalpošanas laiks, salīdzinot ar pYDF. Tas ir labvēlīgs CMC materiālu termiskajai stabilitātei, elektrovadītspējai un elektroķīmiskajām īpašībām. Ir divi galvenie mehānismi, lai CMC uzlabotu litija jonu akumulatoru darbību:

(1) CMC stabila savienojuma veiktspēja rada nepieciešamo priekšnoteikumu stabilas akumulatora darbības nodrošināšanai;

(2) CMC ir laba elektronu un jonu vadītspēja, un tas var veicināt Li pārnesi