CMC користи во индустријата за батерии

Што е натриум карбоксиметил целулоза?

Натриум карбоксиметил целулоза, (исто така наречен: карбоксиметил целулоза натриумова сол, карбоксиметил целулоза, CMC, карбоксиметил, целулозанатриум, натриумсолтофкабоксиметилцелулоза) е најшироко користен тип на влакна во светот, максималната доза.

Cmc-na е дериват на целулоза со степен на полимеризација од 100~2000 и молекуларна тежина од 242,16. Бел влакнест или грануларен прав. Без мирис, без вкус, без вкус, хигроскопски, нерастворлив во органски растворувачи. Овој труд главно ја разбира примената на натриум карбоксиметил целулоза во детали за литиум јонска батерија.

Напредок во примената на Натриум карбоксиметил целулоза ЦУКво литиум-јонски батерии

Во моментов, поливинилиден флуорид [pVDF, (CH: A CF:)] е широко користен како врзивно средство во производството на литиум-јонски батерии. . PVDF не е само скап, туку треба да се користи во процесот на примена на експлозив, пријателски на околината на органски растворувачи, како што е N метил кој алканскиот кетон (NMp) и барањата за влажност на воздухот за производствениот процес строго, исто така лесно со вградени метал литиум, литиум графит секундарна реакција, особено во услови на висока температура, спонтан ризик од термички бегство. Натриум карбоксиметил целулоза (CMC), врзивно средство растворливо во вода, се користи како замена за pVDF за електродните материјали, со што може да се избегне употребата на NMp, да се намалат трошоците и да се намали загадувањето на животната средина. Во исто време, процесот на производство не бара влажност на околината, но исто така може да го подобри капацитетот на батеријата, да го продолжи животниот век на циклусот. Во овој труд, беше разгледана улогата на CMC во перформансите на литиум јонската батерија, а механизмот на CMC што ги подобрува перформансите на батеријата беше сумиран од аспекти на топлинска стабилност, електрична спроводливост и електрохемиски карактеристики.

1. Структура и перформанси на ЦУК

1) ЦУК структура

CMC е генерално класифициран според различен степен на замена (Ds), а морфологијата и перформансите на производот се во голема мера под влијание на Ds. LXie и сор. го проучувал ЦУК со D од различни H парови Na. Резултатите од SEM анализата покажаа дека CMC-Li-1 (Ds = 1,00) презентираше грануларна структура, а CMC-Li-2 (Ds = 0,62) презентираше линеарна структура. Истражувањето на M. E et al докажа дека CMC. Стирен бутадиенската гума (SBR) може да ја инхибира агломерацијата на Li: O и да ја стабилизира структурата на интерфејсот, што е корисно за електрохемиските перформанси.

2) Изведба на CMC

2.1)Термичка стабилност

Зј Хан и сор. ја проучувал термичката стабилност на различни врзива. Критичната температура на pVDF е околу 4500C. Кога ќе се достигне 500 ℃, настанува брзо распаѓање и масата се намалува за околу 70%. Кога температурата достигна 600 ℃, масата дополнително се намали за 70%. Кога температурата достигна 300oC, масата на CMC-Li беше намалена за 70%. Кога температурата достигна 400 ℃, масата на CMC-Li беше намалена за 10%. CMCLi полесно се распаѓа од pVDF на крајот на траењето на батеријата.

2.2)Електричната спроводливост

S. Chou et al. Резултатите од тестот покажаа дека отпорноста на CMCLI-1, CMC-Li-2 и pVDF беа 0,3154 Mn·m и 0,2634 Mn, соодветно. M и 20,0365 Mn·m, што покажува дека отпорноста на pVDF е поголема од онаа на CMCLi, спроводливоста на CMC-LI е подобра од онаа на pVDF, а спроводливоста на CMCLI.1 е помала од онаа на CMCLI.2.

2.3)Електрохемиски перформанси

ФМ Кортел и сор. ги проучувал кривите на цикличната волтаметрија на електродите базирани на поли-сулфонат (AQ) кога се користеле различни врзива. Различни врзива имаат различни реакции на оксидација и редукција, така што врвниот потенцијал е различен. Меѓу нив, потенцијалот на оксидација на CMCLi е 2,15 V, а потенцијалот за редукција е 2,55 V. Потенцијалот за оксидација и потенцијалот за намалување на pVDF беа 2.605 V и 1.950 V соодветно. Во споредба со кривите на цикличната волтаметрија од претходните два пати, врвната потенцијална разлика на врвот на оксидација-намалување кога се користеше врзивото CMCLi беше помала од онаа кога се користеше pVDF, што покажува дека реакцијата била помалку попречена и врзувачот CMCLi бил попогоден за појавата на реакцијата на оксидација-редукција.

2. Апликативен ефект и механизам на ЦУК

1) Ефект на апликација

Пј Суо и сор. ги проучувал електрохемиските перформанси на композитните материјали Si/C кога pVDF и CMC биле користени како врзива, и откриле дека батеријата што користи CMC имала реверзибилен специфичен капацитет од 700 mAh/g за прв пат и сè уште има 597 mAh/g по циклуси 4O, што беше супериорен во однос на батеријата што користи pVDF. Џеј Ли и сор. го проучувал влијанието на Ds на CMC врз стабилноста на графитната суспензија и верувал дека течниот квалитет на суспензијата е одреден од Ds. При низок DS, CMC има силни хидрофобни својства и може да ја зголеми реакцијата со површината на графитот кога водата се користи како медиум. CMC исто така има предности во одржувањето на стабилноста на цикличните својства на анодните материјали од легура на силикон-калај. Електродите NiO беа подготвени со различни концентрации (0,1mouL, 0,3mol/L и 0,5mol/L) врзивно средство за CMC и pVDF, и беа наполнети и испразнети на 1,5-3,5V со струја од 0,1c. Во текот на првиот циклус, капацитетот на ќелијата за врзување pVDF беше повисок од оној на ќелијата за врзување CMC. Кога бројот на циклуси ќе достигне lO, капацитетот за празнење на врзивото pVDF очигледно се намалува. По 4JD циклуси, специфичните капацитети за празнење од 0,1movL, 0,3MOUL и 0,5MovLPVDF врзива се намалија на 250mAh/g, 157mAtv 'g и 102mAh/g, соодветно: Специфичните капацитети за празнење на батериите mo.10L3/0L/0. и 0,5 moL/LCMC врзивно средство се задржани на 698mAh/g, 555mAh/g и 550mAh/g, соодветно.

CMC врзивно средство се користи на LiTI0. : и наночестички SnO2 во индустриското производство. Користејќи CMC како врзивно средство, LiFepO4 и Li4TI50l2 како позитивни и негативни активни материјали, соодветно, и со користење на pYR14FS1 како електролит отпорен на пламен, батеријата беше циклирана 150 пати со струја од 0,1c на 1,5v ~ 3,5V на температура и позитивните специфични капацитетот се одржуваше на 140 mAh/g. Помеѓу различните метални соли во CMC, CMCLi воведува и други метални јони, кои можат да ја инхибираат „реакцијата на размена (vii)“ во електролитот за време на циркулацијата.

2) Механизам за подобрување на перформансите

Врзувачот CMC Li може да ги подобри електрохемиските перформанси на базната електрода AQ во литиумската батерија. M. E et al. -4 спроведе прелиминарна студија за механизмот и предложи модел на дистрибуција на CMC-Li во електродата AQ. Добрите перформанси на CMCLi доаѓаат од силниот ефект на врзување на водородните врски произведени од OH, што придонесува за ефикасно формирање на мрежни структури. Хидрофилниот CMC-Li нема да се раствори во органскиот електролит, така што има добра стабилност во батеријата и има силна адхезија на структурата на електродата, што ја прави батеријата да има добра стабилност. Врзувачот Cmc-li има добра спроводливост на Li, бидејќи има голем број функционални групи на молекуларниот синџир на CMC-Li. За време на празнењето, постојат два извора на ефективни супстанции кои дејствуваат со Li: (1) Li во електролитот; (2) Li на молекуларниот синџир на CMC-Li во близина на ефективниот центар на активната супстанција.

Реакцијата на хидроксилната група и хидроксилната група во карбоксиметил CMC-Li врзувачот ќе формира ковалентна врска; Под дејство на силата на електричното поле, U може да се пренесе на молекуларниот синџир или соседниот молекуларен синџир, односно структурата на молекуларниот синџир нема да се оштети; На крајот, Lj ќе се поврзе со честичката AQ. Ова укажува дека примената на CMCLi не само што ја подобрува ефикасноста на преносот на Li, туку ја подобрува и стапката на искористеност на AQ. Колку е поголема содржината на cH: COOLi и 10Li во молекуларниот синџир, толку полесно се пренесува Li. M. Arrmand et al. верувале дека органските соединенија на -COOH или OH можат да реагираат со 1 Li соодветно и да произведат 1 C00Li или 1 0Li при низок потенцијал. Со цел дополнително да се истражи механизмот на CMCLi врзивно средство во електродата, CMC-Li-1 беше искористен како активен материјал и беа добиени слични заклучоци. Li реагира со еден cH, COOH и еден 0H од CMC Li и генерира cH: COOLi и еден 0, соодветно, како што е прикажано во равенките (1) и (2)

Како што се зголемува бројот на cH, COOLi и OLi, DS на CMC-Li се зголемува. Ова покажува дека органскиот слој составен главно од врзивно средство за површинска честичка AQ станува постабилен и полесен за пренос на Li. CMCLi е проводен полимер кој обезбедува транспортна рута за Li да стигне до површината на AQ честичките. Врзувачите CMCLi имаат добра електронска и јонска спроводливост, што резултира со добри електрохемиски перформанси и долг животен век на CMCLi електродите. JS Bridel et al. ја подготви анодата на литиум јонската батерија користејќи силициум/јаглерод/полимер композитни материјали со различни врзива за да го проучи влијанието на интеракцијата помеѓу силиконот и полимерот врз севкупните перформанси на батеријата и откри дека CMC има најдобри перформанси кога се користи како врзивно средство. Постои силна водородна врска помеѓу силициумот и CMC, која има способност за само-заздравување и може да го прилагоди зголемениот стрес на материјалот за време на процесот на возење велосипед за да ја одржи стабилноста на структурата на материјалот. Со CMC како врзивно средство, капацитетот на силиконската анода може да се задржи над 1000 mAh/g во најмалку 100 циклуси, а куломската ефикасност е близу 99,9%.

3, заклучок

Како врзивно средство, CMC материјалот може да се користи во различни видови електродни материјали како што се природен графит, мезофазни јаглеродни микросфери (MCMB), литиум титанат, аноден материјал базиран на силикон базиран на кал и аноден материјал од литиум железо фосфат, што може да ја подобри батеријата капацитет, стабилност на циклусот и век на траење во споредба со pYDF. Тоа е корисно за топлинската стабилност, електричната спроводливост и електрохемиските својства на CMC материјалите. Постојат два главни механизми за CMC за подобрување на перформансите на литиум-јонските батерии:

(1) Стабилното поврзување на CMC создава неопходен предуслов за добивање стабилни перформанси на батеријата;

(2) CMC има добра спроводливост на електрони и јони и може да промовира трансфер на Li